Самая яркая планета, обнаруженная астрономами, находится всего в 265 световых годах от нашей Солнечной системы, и она поражает своими экстремальными особенностями. Этот мир, который получил название LTT 9779b, описывается как «неприятная, суровая, темная среда», и вполне справедливо. Ее температура достигает удивительных 3000 градусов по Фаренгейту, и на ее поверхности, покрытой густыми металлическими облаками, возможен дождь из обжигающе-горячих капель титана.

LTT-9779b – редкий «зверь», существующий в самой середине «пустыни горячих нептунов». Эта область образуется из-за стремительного испарения атмосфер маломассивных планет, которые находятся слишком близко к светилу. Об одной из таких планет, которая крайне близка к материнской звезде и совершает полный оборот вокруг неё всего за 19 часов сегодня и поговорим.

Некоторые миры расположены так близко к своему солнцу, что делают полный оборот вокруг него менее чем за один земной день. Они называются планетами с ультракороткими периодами. Это не такая уж редкость в Галактике: например, среди солнцеподобных звёзд такие экзопланеты имеет примерно каждая двухсотая.

Но планета, расположенная так близко к звезде, раскаляется под её лучами. И если скалистому миру это грозит максимум потерей атмосферы, то газовое или ледяное тело рискует буквально испариться.

Ничего удивительного, что до сих пор в такой близости от звёзд находили только небольшие скалистые планеты или, наоборот, газовые гиганты размером с Юпитер. Последние выживают в жарких объятиях светила благодаря своей мощной гравитации, которая мешает веществу улетучиваться в космос.

А вот ледяные тела вроде Нептуна поблизости от звёзд почти не встречаются. Льды, жидкости и газы, из которых они состоят, легко испаряются, и у планет такой массы недостаточно мощная гравитация, чтобы этому противостоять.

Правда, в последние годы астрономы всё же открыли несколько горячих нептунов. Это, например, GJ 3470b, обращающийся вокруг красного карлика за 3,3 земных суток и заслуживший славу планеты, испаряющейся рекордными темпами. Другой пример – разогретый до тысячи градусов по Цельсию NGTS-4b, делающий один оборот вокруг своего солнца за 1,3 земных дня.

Однако недавно обнаруженная планета LTT 9779b гораздо удивительнее. Она имеет радиус в 4,6 земного и массу в 29 земных, то есть относится к классу нептунов. И это первый нептун с действительно ультракоротким периодом: всего 19 часов.

При этом его родительская звезда LTT 9779 – солнцеподобная, то есть более массивная и горячая, чем преобладающие в Галактике красные карлики.

В результате температура LTT 9779b превышает 1700 градусов по Цельсию. В связи с этим открытием астрономы предлагают ввести новый класс планет: ультрагорячие нептуны (по аналогии с ультрагорячими юпитерами).

Удивительное небесное тело было открыто орбитальным космическим телескопом TESS с помощью метода транзитов. Его существование уже подтверждено наземными наблюдениями методом лучевых скоростей.

Исходя из массы и радиуса этого раскалённого мира, специалисты считают, что 6–12% его массы приходится на атмосферу из водорода и гелия. Но почему он до сих пор не потерял её, находясь так близко к звезде? Ведь светилу LTT 9779 (и, следовательно, всей его системе) около двух миллиардов лет.

Одно из возможных объяснений заключается в том, что необычная экзопланета лишь недавно обосновалась в опасной близости к светилу. Гравитационное воздействие других (ещё не открытых) планет или проходящей мимо звезды могло сдвинуть её с предыдущей орбиты.

Также возможно, что LTT 9779b первоначально был не нептуном, а юпитером. Но приливные силы звезды постепенно разрушили его, заставив потерять значительную часть массы. Расчёты показывают, что такой сценарий нельзя сбрасывать со счетов, хотя для него и требуется несколько маловероятных совпадений.

К счастью, звезда LTT 9779 расположена всего в 260 световых годах от Земли (рукой подать по галактическим меркам). А значит, используя самые мощные телескопы, астрономы могут изучить эту систему весьма подробно. Это поможет раскрыть тайну удивительной планеты, которой не должно быть, но она есть.

Планета LTT 9779b представляет собой ультрагорячий нептун – это новый класс планет размером примерно с Нептун (в данном случае диаметр в 4,6 раза больше, а масса в 29,3 раза больше, чем у Земли) и очень горячих (в данном случае 1700 °C на дневной стороне и 700 °C на ночной). Дело в том, что он находится на очень небольшом расстоянии от своей солнцеподобной звезды из созвездия Скульптора (263 световых года от нас), делая оборот вокруг нее всего за 19 часов. Возможно, этот нептун лишь недавно сместился так близко к светилу из-за гравитационного воздействия других, еще не открытых планет или проходящей мимо звезды, потому и не потерял атмосферу за два миллиарда лет существования системы. Или же изначально был не нептуном, а юпитером, который утратил массу из-за приливного воздействия звезды.

Астрофизики полагают, что температура поверхности планеты превышает температуру плавления стали, что в теории делает невозможным существование LTT-9779b. Ведь она должна была давным-давно испариться. Но вопреки логике продолжает существовать.

Тем не менее ученые считают, что атмосфера LTT-9779b истончается из-за так называемого фотоиспарения. Материнская звезда своим интенсивным рентгеновским и ультрафиолетовым излучением нагревает верхние атмосферные слои планеты и выбрасывает в космос атмосферные газы.

Примечательной является особенность этой планеты, которая, вероятно, и спасла ее от исчезновения. Планета имеет плотную облачность и отражает большую часть падающего на нее света. Тепло поглощается верхними слоями атмосферы и испускается видимыми слоями инфракрасного излучения обратно в космос. Возможно, именно поэтому планета до сих пор не вспыхнула.

LTT-9779b в два раза тяжелее Нептуна, размер также имеет немного больше, но средняя плотность аналогична нептуновской. Из этого следует, что планета должна иметь огромное ядро с массой около 28 земных масс, а ее атмосфера составлять примерно 9% от общей массы.

Материнская звезда LTT-9779 довольно молода. Ее система существует вдвое меньше солнечной. От нас она находится совсем рядом – в 260 световых годах. Масса звезды близка к массе Солнца, а радиус не намного меньше – 0,949 солнечных.

Однако это небесное тело богато металлами: железа в ее атмосфере в два раза больше, чем у нашего светила. Ученые его открывшие полагают, что планета изначально была легким газовым гигантом, мигрировавшим внутрь системы и стремительно теряющим атмосферу.

На данный момент нет полной ясности, как образовался экстремальный нептун LTT-9779b. За счет процесса переполнения атмосферный газ планеты в значительном количестве передается звезде.

Вследствие таких процессов и экстремальной близости к материнскому телу, гравитация последнего поглощает внешние слои ее атмосферы, и масса экзопланеты уменьшается. А упасть на поверхности звезды ему не позволяет гигантская скорость вращения и возникающая из-за этого центробежная сила.

Исследователи уточняют, что сейчас LTT-9779 потеряно водорода и гелия от 2 до 9 земных масс. И этот процесс будет продолжаться, пока LTT-9779 и не потеряет всю атмосферу.

Международная группа астрономов, в том числе группа из Университета Уорика, обнаружила первый сверхгорячий Нептун, вращающийся вокруг ближайшей звезды LTT 9779.

Мир вращается так близко к своей звезде, что его год длится всего 19 часов, а это означает, что звёздное излучение нагревает планету до невероятных 1700 градусов по Цельсию.

При таких температурах тяжёлые элементы, такие как железо, могут ионизироваться в атмосфере, а молекулы диссоциировать, что создаёт уникальную лабораторию для изучения химии планет за пределами Солнечной системы.

Кроме того, что мир весит вдвое больше, чем Нептун, он также немного больше и имеет аналогичную плотность. Следовательно, LTT 9779b должен иметь огромное ядро с массой около 28 масс Земли и атмосферу, составляющую около 9% от общей массы планеты.

Сама система примерно вдвое моложе Солнца, её возраст составляет 2 миллиарда лет, и, учитывая интенсивное облучение, нельзя ожидать, что планета, похожая на Нептун, сохранит свою атмосферу так долго, что создает интригующую головоломку, которую нужно решить: как появилась такая невероятная система.

LTT 9779 – это похожая на Солнце звезда, находящаяся на расстоянии 260 световых лет, что в астрономических масштабах совсем рядом. Она очень богата металлами, в её атмосфере вдвое больше железа, чем у Солнца. Это может быть ключевым показателем того, что планета изначально была гораздо более крупным газовым гигантом, поскольку эти тела преимущественно формируются рядом со звёздами с наибольшим содержанием металлов.

Первые намёки на существование планеты были получены благодаря TESS в рамках его миссии по обнаружению небольших транзитных планет, вращающихся поблизости. Такие транзиты обнаруживаются, когда планета проходит прямо перед своей родительской звездой, блокируя часть света последней, а количество заблокированного света показывает размер спутника. Подобные миры, когда они будут полностью подтверждены, могут позволить астрономам исследовать их атмосферы, обеспечивая более глубокое понимание процессов формирования и эволюции планет.

В начале ноября 2018 года транзитный сигнал был быстро подтверждён как исходящий от планетарного тела с использованием наблюдений, сделанных с помощью прибора High Accuracy Radial-Speed Planet Searcher (HARPS), установленного на 3,6-метровом телескопе в обсерватории Ла-Силья на севере Чили. HARPS использует метод доплеровского колебания для измерения массы планет и орбитальных характеристик, таких как период вращения. В случае с LTT 9779b команда смогла подтвердить реальность планеты всего после одной недели наблюдений.

LTT 9779b – действительно редкий зверь, существующий в малонаселённой области звёздных систем. Планета находится в так называемой “Пустыне Нептунов”, регионе, лишённом планет. Хотя ледяные гиганты кажутся довольно частым побочным продуктом процесса формирования звёзд, это не тот случай, поскольку планета находится очень близко к своей звезде.

Расчеты подтвердили, что атмосфера LTT 9779b была удалена в результате процесса, называемого фотоиспарением. Интенсивное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение молодой родительской звезды нагревает верхние слои атмосферы планеты и выбрасывает атмосферные газы в космос. С другой стороны, расчёты показали, что у LTT 9779b не было достаточного нагрева рентгеновскими лучами.

Имеющиеся модели говорят нам, что планета представляет собой гигантский мир, в котором доминирует ядро, но, что очень важно, должно также существовать от двух до трёх земных масс атмосферного газа. Однако, если звезда такая старая, то почему вообще существует атмосфера? Что ж, если бы LTT 9779b начала свою жизнь как газовый гигант, то процесс, называемый переполнением Рош-Лоба, мог бы передать на звезду значительные количества атмосферного газа.

Переполнение Рош-Лоба – это процесс, при котором планета приближается к своей звезде настолько близко, что более сильная гравитация звезды поглощает внешние слои атмосферы планеты, и, таким образом, уменьшает массу экзопланеты. Модели предсказывают результаты, аналогичные результатам системы LTT 9779, но они также требуют некоторых уточнений.

Возможно также, что LTT 9779b занял свою текущую орбиту довольно поздно и поэтому не успел потерять атмосферу. Столкновения с другими планетами в системе могли выбросить его внутрь к звезде.

Поскольку у планеты действительно есть значительная атмосфера и она вращается вокруг относительно яркой звезды, будущие исследования её атмосферы могут раскрыть некоторые загадки, связанные с тем, как формируются такие планеты, как они развиваются и что они из себя представляют.

Впервые LTT 9779b была замечена спутником TESS, который ведет поиск экзопланет транзитным методом, по изменению светимости звезд в те периоды, когда планеты, проходя по своим орбитам, частично затмевают их. Однако эти наблюдения удалось подтвердить с помощью 3,6-метрового телескопа Обсерватории Ла-Силла, который регистрировал слабые колебания положения звезды, вызванные притяжением обращающейся вокруг нее планеты. Наконец, дополнительные исследования проводили в Паранальской обсерватории. Все это позволило установить ключевые характеристики планеты и ее орбиты. LTT 9779b оказалась действительно редким объектом, сохранившим остатки атмосферы неизвестным науке способом.

Проведенные учеными расчеты показали, что если экзопланета первоначально была ледяным гигантом, похожим на Нептун или Уран, то за два миллиарда лет жесткое ультрафиолетовое и рентгеновское излучение близкой звезды должно было полностью лишить ее атмосферы. Поэтому авторы предполагают, что она могла быть куда более массивным газовым гигантом, образуя со звездой тесную двойную систему. В такой системе возможно весьма интенсивное перетекание вещества от одного партнера к другому.

Если планета заполнила свою полость Роша (область, где доминирует ее притяжение), она не могла больше удерживать раздувшиеся оболочки и стремительно потеряла атмосферу, материя которой упала на близкую звезду. Компьютерное моделирование, проведенное учеными, в целом подтвердило возможность такого сценария.

Впрочем, нельзя отбрасывать и другой вариант появления экзотической планеты LTT 9779b. Она могла образоваться в виде ледяного гиганта на более далекой орбите и лишь впоследствии переместиться ближе к звезде. В этом случае на полную потерю атмосферы ей просто не хватило времени.

LTT 9779b является одной из немногих сверхгорячих газообразных экзопланет такого размера, которые когда-либо были обнаружены. Этот объект, замеченный спутником NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite в 2018 году, сразу привлек внимание своей необычностью. Обычно планеты с короткими орбитальными периодами либо больше Юпитера и горячи, превышая размеры Земли более чем в 10 раз, либо являются небольшими каменистыми шарами с исчезнувшими атмосферами. Однако LTT 9779b, которая заканчивает свой оборот вокруг звезды-хозяина каждые 19 часов, имеет средний размер, что делает ее одной из четырех или пяти планет в так называемой пустыне Нептуна, и она обладает неповрежденной атмосферой.

Для получения более подробной информации о мире LTT 9779b, астрономы использовали оптические наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа Хеопс Европейского космического агентства, а также инфракрасные данные от космического телескопа Спитцер НАСА. Изучая малейшие изменения в свете, падающем на прибор во время прохождения планеты за и перед ее звездой-хозяином, и анализируя инфракрасные характеристики, ученые получили представление о тепловых и химических особенностях этого мира.

Их исследования показали, что LTT 9779b отражает огромные 80 процентов света от своей звезды. Это значительно больше, чем отражает самая яркая планета Солнечной системы, Венера. Также было обнаружено, что облака на этой планете состоят из силикатов – минералов, из которых состоит стекло – и титана.

Интересно, что эти металлические облака играют важную роль в защите атмосферы планеты от исчезновения. Они отражают большую часть звездного излучения обратно в космос, предотвращая проникновение радиации в атмосферу. Но ученым остается загадкой, как такая горячая планета способна формировать такие облака.

Горячие Нептуны, теоретически, это миры размером с Нептун или немного больше Нептуна, вращающиеся близко к своим родительским звездам. Тем не менее, такие планеты считались нестабильными, так как атмосферы будут уноситься теплом от местной звезды.

Планеты, подобные LTT 9779b, в конце концов лишаются своей атмосферы, в результате чего становятся ультракороткопериодическими планетами. Если учитывать массу и орбитальный период планеты, то объект окажется в так называемой пустыне нептунов – области на диаграмме, которая лишена планет этого класса. Объяснить, как сформировалась LTT 9779b, исследователи пока точно не могут, потому что излучение звезды должно было давно уничтожить атмосферу нептуна, превратив его в скалистый мир.