55 Cancri e — одна из пяти известных планет в созвездии Рака, вращающихся вокруг звезды, похожей на Солнце.  Имея диаметр почти в два раза больше земного и немного большую плотность, она классифицируется как суперземля. Будучи больше Земли и меньше Нептуна, по составу 55 Cancri e похожа на скалистые планеты нашей Солнечной системы.

Соавтор исследования Брайс-Оливье Демори из Бернского университета описывает 55 Cancri e как одну из самых загадочных экзопланет: "Несмотря на огромное количество наблюдений, осуществленных с помощью дюжины наземных и космических установок за последнее десятилетие, сама ее природа оставалась неуловимой до сегодняшнего дня. Теперь части головоломки удалось, наконец, собрать воедино благодаря космическому телескопу Джеймс Уэбб". 

Неожиданно для ученых, эти наблюдения показали, что горячая и сильно облученная каменистая планета может поддерживать газообразную атмосферу. Это является хорошим знаком для способности телескопа изучать характеристики более холодных, потенциально обитаемых скалистых миров, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу. 

Бернский космический телескоп CHEOPS сделал важные выводы

Демори изучает 55 Cancri e с самого начала своей карьеры: "В качестве постдока в Массачусетском технологическом институте я руководил открытием первого транзита, а в 2016 году моя команда опубликовала первую карту скалистой экзопланеты". 

Результаты наблюдений 2016 года уже намекали на возможное наличие атмосферы вокруг 55 Cancri e. Для текущего исследования Демори провел независимый анализ набора данных, полученных Уэббом. "За последние два года космический телескоп CHEOPS, который был разработан и построен в Бернском университете, служил фундаментом для решения нескольких вопросов, которые возникли у астрофизиков по поводу 55 Cancri e, — пояснил ученый. — Уэбб дополнил эту картину в инфракрасном диапазоне, показав, что суперземля 55 Cancri e может быть окружена атмосферой, состав которой соответствует угарному или углекислому газу".

Супер-горячая суперземля холоднее, чем ожидалось

Хотя 55 Cancri e по составу похожа на скалистые планеты нашей солнечной системы, такое описание может оставить неправильное впечатление. Она вращается так близко к своей звезде, что ее поверхность должна быть расплавленной. Иными словами — это глубокий бурлящий океан магмы. При такой орбите, скорее всего, можно говорить о приливном захвате: дневная сторона планеты всегда обращена к звезде, а ночная находится в вечной темноте. "Планета настолько горячая, что часть расплавленной породы должна испариться", — объяснил Ху.

Хотя Уэбб не может получить непосредственно изображение 55 Cancri e, он в состоянии фиксировать небольшие изменения в свете системы, когда планета делает круг вокруг звезды. Команда использовала NIRCam (камеру ближнего инфракрасного диапазона) и MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона) для измерения инфракрасного света, исходящего от 55 Cancri e. Вычитая яркость во время вторичного затмения, когда планета находится за звездой, из показателей, когда они рядом, команда смогла вычислить величину инфракрасного света, исходящего с дневной стороны планеты на нескольких длинах волн одновременно.

Первый намек на то, что 55 Cancri e может иметь твердую атмосферу, был получен в результате измерений температуры, основанных на ее тепловом излучении. Если экзопланета покрыта темной расплавленной породой с тонкой пеленой из испаренных минералов или вообще не имеет атмосферы, температура на дневной стороне должна быть около 2200 градусов по Цельсию. 

"Вместо этого данные MIRI показали относительно низкую температуру — около 1500 градусов по Цельсию, — говорит Ху. — Это очень убедительный признак того, что энергия распространяется с дневной стороны на ночную, скорее всего, через богатую летучими веществами атмосферу". 

Хотя потоки лавы могут переносить некоторое количество тепла на ночную сторону, они не могут перемещать его достаточно эффективно, чтобы объяснить охлаждающий эффект. На самом деле дневная сторона выглядит на несколько сотен градусов прохладнее, чем должна была бы, даже если тепло равномерно распределяется по планете. Это наблюдение может объяснить атмосфера, которая частично поглощает инфракрасный свет, излучаемый поверхностью.

Бурлящий океан магмы

Команда считает, что газы, покрывающие 55 Cancri e, выходят изнутри. Первичная атмосфера давно бы исчезла из-за высокой температуры и интенсивного излучения звезды. Соответственно речь идет о вторичном слое, который постоянно пополняется благодаря океану магмы. Магма – это не только кристаллы и жидкая порода, в ней также много растворенного газа.

Хотя 55 Cancri e слишком горячая, чтобы быть пригодной для жизни, она может стать уникальным окном для изучения взаимодействий между атмосферами, поверхностями и недрами скалистых планет. Кроме того, она, возможно, даст ученым представление о ранней Земле, Венере и Марсе, которые, как полагают, в далеком прошлом были покрыты океанами магмы. 

"В конечном итоге мы хотим понять, какие условия позволяют скалистой планете поддерживать богатую газом атмосферу, что является ключевым ингредиентом для обитаемого мира", — говорит Ху.

Исследование опубликовано в журнале Nature.