Одни из самых необычных миров за пределами Солнечной системы – массивные газовые гиганты. Их называют “горячими юпитерами” – это планеты, которые расположены настолько близко к родительской звезде, что на их поверхности не может существовать жизнь. Под действием высоких температур молекулы газа на таких планетах распадаются на атомы, поэтому в добела раскаленной атмосфере содержится ионизированный газ.

Одна из таких экзопланет KELT-9b – имеет массу почти в три массы Юпитера. Эта планета самая горячая из известных ученым на сегодняшний день, температура на ее поверхности – 4300 градусов Цельсия. Звезда, вокруг которой обращается KELT-9b, находится на расстоянии 670 световых лет от Земли.

Из-за того что планета расположена близко к своей звезде, она вращается синхронно с ней. А значит, “смотрит” на родительскую звезду только одной, дневной стороной. Ночная же часть KELT-9b постоянно находится в тени. Исследования, проведенные командой астрономов с помощью космического телескопа “Спитцер” (НАСА), показали, что молекулы водородного газа на дневной стороне, где температуры высоки, разрываются на части, а позже их разрозненные атомы устремляются к ночной стороне планеты. Там происходит рекомбинация частиц с образованием молекулярного водорода. Цикл замыкается, когда молекулы нейтрального водорода, попав на дневную сторону, снова распадаются.

Альтернативные модели (в которых не происходит диссоциации водорода), рассматриваемые учеными, предполагают, что на планете должны дуть сильнейшие ветры скоростью до 60 км\c. По мнению исследователей, это маловероятно.

Недавно открытый юпитероподобный мир – горячее звезд. Дневная температура здесь более 4300 градусов Цельсия, и поэтому на планете KELT-9b жарче, чем на большинстве звезд. Но его голубая звезда типа А, KELT-9, – еще жарче. Тепловые волны звезды «раздевают» планету путем испарения.

KELT-9b в 2,8 раза массивнее Юпитера, но только наполовину такой же плотный. Ученые ожидали, что радиус планеты будет меньше, но экстремальная радиация ее родительской звезды заставила атмосферу планеты надуться, как воздушный шар.

Планета KELT-9b находится в приливном захвате со своей звездой, как Луна с Землей. Одна ее сторона всегда обращена к звезде, а вторая находится в постоянной темноте. Молекулы – вода, углекислый газ и метан – не могут формироваться на дневной стороне, так как ее бомбардирует огромный объем ультрафиолетовой радиации. Что происходит на ночной стороне – все еще загадка. Там молекулы, возможно, формируются, но только временно.

Учитывая, что атмосфера планеты постоянно облучается высоким уровнем ультрафиолетовой радиации, планета может излучать хвост испарившегося планетного материала как комета.

Планета необычна тем, что вращается перпендикулярно к оси вращения звезды. Это как если бы планета вращалась перпендикулярно к плоскости нашей Солнечной системы. Один год на этой планете длится менее двух земных дней.

Экзопланета KELT-9b обращается вокруг звезды KELT-9, относящейся к типу-А звезд, и расположена примерно в 650 световых годах от нас в созвездии Лебедя. Тип-A звезд рассматривается учеными как один из самых горячих, а ведь возраст KELT-9 пока составляет всего каких-то 300 миллионов лет. Со временем звезда расширится и в конце концов фактически соприкоснется с планетой KELT-9b.

К тому моменту от планеты, вероятнее всего, останется не больше, чем голое твердое ядро, потому как излучение звезды ежесекундно выжигает около 10 миллионов тонн материи планеты, что заставляет Kelt-9b выбрасывать гигантский хвост, как у комет.

Подавляющее большинство внесолнечных планет открыто у сравнительно прохладных звезд спектральных классов G, K и M. Чем горячее звезда главной последовательности, тем труднее измерять ее лучевые скорости – высокая температура фотосферы ведет к размыванию и исчезновению в спектре звезды тонких четких линий, по сдвигу которых измеряется скорость звезды. Кроме того, звезды раннего F- и A-класса быстро вращаются. Все это приводит к тому, что у звезд спектрального класса A известно всего несколько планет, и все они открыты или транзитным методом, или (в случае молодых горячих планет, удаленных от звезды на десятки а.е.) путем прямого получения их изображений. 

Ситуация несколько улучшается после схода A-звезд с главной последовательности и превращению их в оранжевые гиганты – после распухания звезды скорость ее вращения падает, температура фотосферы уменьшается, и в спектре появляются многочисленные узкие линии. Таким образом, подавляющее большинство планет у звезд промежуточной массы (1.5-3 солнечных масс) открыто у оранжевых гигантов и субгигантов.

5 июня 2017 во многих средствах массовой информации, ведущих колонку научных новостей, было объявлено об открытии экстремально горячей планеты KELT-9b. Статья, рассказывающая об открытии, в тот же день была опубликована в журнале Nature. Планета была открыта у звезды спектрального класса A0 с температурой фотосферы 10170 ± 450К. Мощный поток ультрафиолетового излучения горячей звезды нагрел дневное полушарие планеты до температуры 4600 ± 150К, что соответствует звездам спектрального класса K4 V. Большинство звезд в нашей галактике холоднее, чем эта планета!

Наземный транзитный обзор KELT (Kilodegree Extremely Little Telescope) посвящен поиску транзитных планет-гигантов у сравнительно ярких звезд 8-11 видимой звездной величины. Силами этого обзора у сравнительно яркой звезды HD 195689 был обнаружен транзитный сигнал глубиной около 0.6% и периодом 1.48 земных суток. Исследователи уже знали о другой транзитной планете у A-звезды – экстремально горячем юпитере WASP-33b. На этот раз планета обещала быть еще более экстремальной.

HD 195689, получившая также наименование KELT-9 – звезда главной последовательности спектрального класса A0. Ее масса оценивается в 2.52 ± 0.25 солнечных масс, радиус – в 2.36 ± 0.08 солнечных радиусов, светимость в 53 ± 13 раз превышает солнечную. Звезда еще сравнительно молода – ее возраст составляет около 300 млн. лет.

Транзитная планета, вращающаяся вокруг звезды на расстоянии всего 0.0346 ± 0.0011 а.е. и делающая один оборот за 1.48112 земных суток, подвергалась чудовищному нагреву. По расчетам авторов открытия, ее эффективная температура достигала 4050 ± 180К. Высокая температура планеты привела к ее раздуванию – радиус KELT-9b достигал 1.89 ± 0.06 радиусов Юпитера! Поток жесткого ультрафиолета, падающий на поверхность этой планеты, в 700 раз превышал поток ультрафиолета на WASP-33b, предыдущего рекордсмена по экстремальному нагреву.

Если планета сильно нагрета и является ярким источником теплового излучения, система должна демонстрировать заметный вторичный минимум (ослабление блеска при заходе планеты за звезду). И действительно – в спектральной полосе z был обнаружен вторичный минимум глубиной ~0.1%. Это означает, что температура дневного полушария KELT-9b достигает 4600 ± 150К – еще выше эффективной температуры! 

Однако как измерить массу KELT-9b? Метод измерения лучевых скоростей для звезд A0-класса не работает. Исследователи применили так называемый метод доплеровской томографии или «доплеровской тени». Масса горячего юпитера оказалась равной 2.88 ± 0.84 масс Юпитера, а средняя плотность – 0.53 ± 0.15 г/куб.см.

Интересно, что орбита планеты наклонена к экватору звезды на 84.8 ± 1.4° – другими словами, KELT-9b находится на полярной орбите!

Колоссальная мощность звездного излучения приводит к быстрому испарению планеты. По расчетам авторов статьи, она теряет 10¹⁰-10¹³ грамм вещества в секунду (10⁴-10⁷ тонн в секунду или 5·10^-5-5·10^-2 масс Земли за миллион лет). Если ближе к истине окажется верхняя оценка, KELT-9b за 600 млн. лет (время пребывания родительской звезды на главной последовательности) потеряет большую часть своей массы.

Звезда KELT-9 (известна также под обозначением HD 195689), вокруг которой обращается эта планета, представляет собой переходный тип между спектральными классами A и B. Вращается вокруг своей оси звезда в 38 раз быстрее Солнца, совершая полный оборот всего за 16 часов. Столь быстрое вращение изменяет форму звезды, сплющивая ее у полюсов и расширяя в области экватора. В таких условиях возникает гравитационное потемнение: экваториальная область звезды становится менее горячей и темнеет, а полюса, наоборот, нагреваются сильнее и увеличивают яркость. У KELT-9 разница в температуре полюсов и экватора достигает 800 °C.

Космический телескоп TESS наблюдал 27 транзитов KELT-9b в период с 18 июля по 11 сентября 2019 года, проводя измерения каждые две минуты. По словам ученых, планета за каждый оборот дважды проходит через полную смену сезонов. Когда она находится над полюсом звезды, на планете наступает «лето», затем она перемещается в зону экватора – и наступает «зима». Затем планета попадает к противоположному полюсу звезды, и снова начинается «лето». Каждый из таких сезонов длится около десяти часов.

Ученые отмечают, что впервые сталкиваются с планетой, оборачивающейся так близко со звездой и обладающей таким уровнем температуры. Судите сами: температура поверхности экзопланеты KELT-9b на дневной стороне может повышаться примерно до 4600 градусов Кельвина. Для сравнения: температура поверхности нашего Солнца составляет около 5800 градусов Кельвина. А на Меркурии, планете, тоже весьма близко расположенной к звезде, температура с трудом достигает 700 градусов Кельвина.

Причиной, почему на обнаруженном газовом гиганте царит настоящий ад, является то, что сама звезда является весьма горячей. Ее температура составляет порядка 10170 градусов Кельвина.

Ученые смогли выяснить некоторые интересные подробности об этой экзопланете. Например, несмотря на то что KELT-9b примерно в 2,8 раза тяжелее Юпитера, она обладает вполовину меньшей плотностью по сравнению с нашим газовым гигантом. Объясняется это тем, что атмосфера планеты постоянно сдувается вследствие мощной активности родной звезды.

Согласно всем определениям, основанным на массе рассматриваемого объекта – это точно планета. Но ее атмосфера не похожа ни на одну другую, которая была обнаружена у любых других планет. Хотя бы по части колоссальной разности температур на ее дневной стороне.

На самом деле ученые весьма удивлены тому факту, что планета вообще способна выдерживать такое интенсивное воздействие тепла.

Такие экстремальные условия, в которых планете приходится находиться, вряд ли позволят ей долго существовать, говорят ученые. Согласно подсчетам, планета KELT-9b может терять ежедневно около 10000 тонн своей массы, что, вероятно, создает позади нее огромный хвост, какой мы обычно привыкли видеть у комет.

Вероятно, пройдет не так много времени перед тем, как внешние слои планеты будут полностью сдуты под воздействием звезды, обнажив твердое ядро (хотя не факт, что твердое, так как ученые по-прежнему не знают, какими ядрами обладают планеты, подобные KELT-9b).

Обычно ученые стараются вести поиск экзопланет вокруг небольших, более тусклых звезд вроде нашего Солнца, так как их проще заметить и провести проверку на возможность наличия рядом с ними планетарных объектов. Однако наблюдение за столь горячей планетой, как KELT-9b, позволяет расширить границы нашего понимания о том, что может скрываться и в более сложных для изучения системах.

Теперь, когда ученые выяснили существование этого удивительного мира, они хотели бы более подробно изучить KELT-9b.