7 Minutės
Visata nuolatos pateikia netikėtumų. James Webb kosminis teleskopas (JWST) aptiko egzoplanetą, kuri yra tokia neįprasta, kad astronomai vis dar ginčijasi dėl jos kilmės ir evoliucijos. Praminta „citrinos formos“ planeta, ši kūno sistema kelia iššūkių mūsų supratimui apie planetų geometriją, atmosferą ir vidaus cheminius procesus, taip pat plečia žodyną ir sąvokas, kurias taikome tolimųjų egzoplanetų tyrimams.
Planeta, ištęsta mirtino palydovo įtakos
Objektas, pažymėtas PSR J2322-2650b, skrieja aplink pulsarą – labai greitai besisukantį, itin tankų žvaigždės likučio palydovą – mažesniu nei milijono kilometrų atstumu, kuris astronominėmis sąvokomis yra stulbinamai arti. Ši orbita yra itin siaura: planeta aplenkia savo centrą vos per 7,8 valandos. Jos masė yra panaši į Jupiterio masę, tačiau tokioje arti esančioje orbitoje veikiamos potvyninės jėgos ją stipriai deformuoja. Intensyvios gravitacinės įtampos ištemptos formos kontūrus paverčia ellipsoidu, kurį stebėtojai palygina su citrinos forma; toks netipinis geometrinis profilis kelia naujus klausimus apie susitelkusią masės paskirstymą, planetos polinės ašies ištiesimą ir paviršiaus bei branduolio deformacijas.
Tobulai sferinė forma daugeliui planetų yra įprasta dėl savęs gravitacijos. Tačiau stiprūs potvyniniai jėgų gradientai, ypač arti tokio aktyvaus ir tankaus objekto kaip pulsaras, gali sukelti reikšmingą pasvirimą ir ištiesimą į vieną pusę. Tai reiškia, kad PSR J2322-2650b nėra tik estetiškai neįprasta — jos forma atspindi dinamišką, energingą ir destruktyvų sąveikos procesą. Toks formavimasis turi įtakos ne tik išorinei kontūrai, bet ir vidaus šiluminiam srautui, atmosferos perskirstymui ir galimai net magnetiniam laukui, jei jis egzistuoja.
Ką JWST iš tikrųjų užfiksavo atmosferoje
JWST infraraudonųjų spindulių instrumentai aptiko atmosferos spektrą, kuris smarkiai skiriasi nuo tipiškų egzoplanetų dujinio apvalkalo, kuriame dažnai dominuoja vandens garai (H2O) arba metanas (CH4). Vietoje to spektre užfiksuotos reikšmingos helio (He) bei molekulinės anglies (C) sekos požymiai. Michael Zhangas, pagrindinis tyrėjas iš Čikagos universiteto, šį atradimą apibūdino kaip „visiškai naujo tipo planetos atmosferą, kurios dar niekas nebuvo matęs.“ Dienos pusės temperatūros gali siekti apie 2 000 °C, o tokioje temperatūroje molekulinės anglies buvimas yra labiau netikėtas nei numatomas pagal įprastus atmosferos modelius.
Toks neįprastas cheminis ženklas verčia peržiūrėti įprastus prielaidų rinkinius apie priedus ir fotochemiją stipriai apšviestose atmosferose. Tipinės dujų planetos, ypač mažesnės žvaigždės ar smuklių žvaigždžių sistemoje, parodo H2, He, H2O ir CH4 dominavimą, priklausomai nuo temperatūros ir cheminės sudėties. Tačiau pulsaro aplinka – intensyvus jonizuojantis spinduliavimas, dalelių vėjai ir didžiulė energija – gali pakeisti atmosferos pusiausvyrą, išplauti lengvesnius elementus arba sukelti sudėtingas fotochemines reakcijas, kurios iškelia anglies junginius į ryškesnį spektrinį matomumą.
Tyrėjai siūlo, kad storos suodžių (anglies dalelių) arba anglies turtingos aerosolių debesys gali aptverti planetą, dengiant ją ir slėpdami daugumą įprastų molekulinių absorbcijų. Tokios dulkės gali susidaryti iš fotocheminių produktų arba būti likučiais nuo intensyvių paviršiaus ir atmosferos cheminių procesų. Giliau, po didžiuliu slėgiu atmosferos apatiniuose sluoksniuose, anglis gali kristalizuotis – tai atveria intriguojančią galimybę, kad planetoje formuojasi deimantinė frakcija arba net „deimantinis lietus“, kaip kartais metaforiškai apibūdinama anglies kristalizacija aukšto slėgio sąlygomis.
Norint patikslinti molekulinę sudėtį, reikia kruopščių spektrinių rodmenų per skirtingas JWST bangos ilgio zonas ir kartu su radijo bei rentgeno stebėjimais. Helio ženklai, esančios spektrinės linijos ir anglies molekuliniai požymiai padeda sukurti chimines-hidrostatines modelių matricų, leidžiančių įvertinti, ar anglis yra išoriniame sluoksnyje, ar ji išryškėja dėl paviršiaus/ atmosferos sąveikos su pulsaro spinduliavimu.
Gimė kaip planeta ar išsiskabė kaip žvaigždės likutis?
PSR J2322-2650b priskiriama dvinarių sistemas klasei, kuri kartais vadinama „juodosiomis našlėmis“. Tokiose sistemose pulsaro intensyvus spinduliavimas ir dalelių vėjai atima medžiagą iš palydovo, kartais taip apdažydami ar net visiškai sunaikindami palydovą, kad lieka tik tankus branduolys. Viena iš scenarijų interpretacijų yra ta, jog citrinos formos objektas yra žvaigždės šerdis – liekana po to, kai išoriniai sluoksniai buvo nupjauti ir pašalinti. Kita galimybė – kad tai iš pradžių buvo įprasta planeta, kuri vėliau patyrė ekstremalią transformaciją prie pulsaro: tiek potvynines, tiek radiacines ir chemines permainas.
Nė vienas paaiškinimas pilnai nepaaiškina visų stebėjimų. Jei tai nuplėšta žvaigždės šerdis, tuomet dabartiniai branduolinės ir astrofizikinės bendrosios teorijos modeliai susiduria su sunkumais paaiškinant, kaip galėtų susiformuoti beveik grynas anglies kiekis. Žvaigždžių evoliucijos modeliai, priklausomai nuo masės ir branduolinio degimo etapų, paprastai palieka mišrią cheminę struktūrą, dažnai turinčią helio, anglies ir kitų sunkiųjų elementų mišinius — retai tokį, kur anglis dominuotų tokia išskirtine forma.
Jei tai įprasta planeta, kuri vėliau buvo stipriai pertvarkyta pulsaro aplinkoje, jos cheminė sudėtis vis tiek prieštarauja standartiniams planetų formavimo modeliams. Tradiciniai protoplanetinių diskų ir akrecijos procesų modeliai numato tam tikrą elementų pasiskirstymą, kuriame anglies ir deguonies santykis bei metalikotumo faktorius vaidina lemiamą vaidmenį. PSR J2322-2650b atveju gauta cheminė „parašas“ rodo didelį anglies išryškinimą, kuris gali reikšti netipušką evoliuciją, pavyzdžiui, senesnės žvaigždės masės pernešimą arba intensyvias fotochemines permainas, kurios išvalė lengvesnius elementus ir paliko anglies prisotintus likučius.
Tyrėjų komanda, pirmą kartą pamatę duomenis, pasakė: 'Kas tai per objektas? Jis tiesiogiai prieštarauja mūsų lūkesčiams.' Ši frazė atspindi ne tik nustebimą, bet ir tai, kad atradimas verčia atnaujinti teorinius modelius, testuoti fizikinius parametrus didelio slėgio ir temperatūros srityse, o taip pat integruoti tarpdisciplinines žinias iš branduolinės fizikos, chemijos ir planetologijos.
Kodėl šis atradimas yra svarbus
Už skandalingos formos ribų PSR J2322-2650b priverčia astrofizikus iš naujo svarstyti atmosferos chemiją ekstremaliomis sąlygomis ir artimų dvinarių sistemos pabaigos etapus. JWST jautrumas silpniems infraraudoniesiems signalams pasirodo esąs esminis, atskleidžiant egzotines sudėtis, kurias senesni teleskopai tikriausiai praleistų. Šiandienos stebėjimai iliustruoja, kaip šiuolaikinė instrumentacija ir spektroskopija gali pakeisti mūsų supratimą apie planetų įvairovę visatoje.
Technologiniu požiūriu JWST privalumas yra gebėjimas išskleisti spektrą ilgesniuose bangos ilgio diapazonuose su dideliu spektriniu skiriamumu, todėl net subtilūs absorbciniai ženklai – pvz., specifinės anglies junginių linijos arba helio linijos – gali būti identifikuotos prieš foninį triukšmą. Sudėtingos duomenų apdorojimo grandinės, fotocheminių ir dinamikos modeliai leidžia integruoti spektrinius rezultatus su orbitos mechanika ir sistemos evoliucija. Taip formuojamas daugiasluoksnis supratimas apie tokius netikėtus objektus.
Ateities stebėjimai – ilgesnis JWST monitoravimas spektro srityse, papildomi radijo laikmatavimo (timing) stebėjimai pulsaro signalo, rentgeno ir galbūt net optiniai stebėjimai – bus būtini patvirtinti, ar anglies požymiai yra globalūs (ryškūs visoje atmosferoje) ar sutelkti tik karštoje dienos pusėje. Radijo timing duomenys taip pat padės tiksliau nustatyti sistemos masių santykį, orbitos parametrus ir potvyninių deformacijų skalę. Jei viduje tikrai egzistuoja kristalizuota anglis arba deimantiniai dariniai, tai turės reikšmingų pasekmių vidaus modeliui ir termodinamikos spėjimams tokiose ekstremaliose sąlygose.
Šiuo metu citrinos formos egzoplaneta priskiriama prie trumpos stebimų kosminių keistenybių sąrašo, kurios verčia plėsti planetų mokslo ribas. Ji tampa svarbiu pavyzdžiu, kaip tolimųjų pasaulių įvairovė gali būti daug platesnė, nei numatė tradiciniai formavimo modeliai, ir kaip nauji instrumentai bei tarpdisciplininiai tyrimai atveria kelią netikėtai, bet reikšmingai evoliucijai ir cheminių procesų supratimui.
Galiausiai, šio tipo atradimai – specifiniai egzotiški egzoplanetų pavyzdžiai, tokie kaip PSR J2322-2650b – daro aiškų poveikį planetų mokslui, kviečia persvarstyti egzoplanetų klasifikaciją, o taip pat skatina tolesnes teorines ir eksperimentines studijas, kad būtų paaiškinta, kaip susiformuoja ir išgyvena planetos ekstremaliose aplinkose, ypač tarp didelės energijos nešėjų, tokių kaip pulsarai. Tolesni JWST stebėjimai kartu su radijo astronomija ir tarptautine bendradarbių bendruomene bus lemiami, siekiant atskleisti šios paslaptingos citrinos formos planetos prigimtį.
Šaltinis: smarti
Palikite komentarą