- Астрономы, используя JWST и его инструмент NIRISS, провели длительное наблюдение за экзопланетой WASP-121 b — “горячим Юпитером”, который обращается крайне близко к своей звезде.
- В течение почти полного орбитального цикла (около 37 часов) удалось зафиксировать слабое поглощение света, относящееся к атомам гелия, покидающим атмосферу планеты.
- Эти данные свидетельствуют, что гелий не просто “течёт” прочь — он формирует двойной хвост: один хвост тянется за планетой, отталкиваемый излучением и звёздным ветром; второй — “впереди” планеты, вытянутый, вероятно, гравитацией звезды.
Почему это важно: атмосфера на грани потери
Постоянная утечка атмосферы
WASP-121 b относится к классу “ultra-hot Jupiter” — газовых гигантов, которые из-за крайне близкой орбиты получают колоссальное излучение и нагрев, что приводит к стрессу атмосферы: лёгкие газы (гелием и, возможно, водородом) “выдуваются” в космос.
То, что гелий фиксируется не только во время транзита, но и на значительной части орбиты — значит, атмосферная утечка длительная и непрерывная, а не единичное событие.
Двойная структура хвостов — неожиданность
Ранее наблюдали “кометоподобные” хвосты у некоторых экзопланет, но двойной хвост, особенно состоят из гелия, — впервые. Это показывает, что процессы, формирующие атмосферные потоки, куда сложнее, чем считалось. Гравитация звезды, давление излучения, звёздный ветер — всё это влияет и формирует сложную 3D-структуру потока.
Масштабы впечатляют: хвосты простираются на расстояние, значительно превышающее диаметр самой планеты, и охватывают большую часть её орбиты.
Как это было зафиксировано
- Использован камера-спектрограф NIRISS на JWST, способная регистрировать инфракрасные спектры с большой чувствительностью.
- Наблюдение длилось почти 37 часов подряд, что позволило охватить более одного полного оборота планеты и проследить распределение гелия вдоль орбиты.
- При этом поглощение гелия фиксировалось не только в момент транзита (когда планета закрывает звезду), но и в моменты, когда планета находилась по другую сторону от звезды — что и указывает на длинные хвосты.
Что меняет это открытие
Новые реалии атмосферных утечек
До сих пор модели утечки атмосферы преимущественно представляли “одинарные” хвосты, направленные от звезды, похожие на кометные. Но наблюдения за WASP-121 b показывают: атмосферная потеря может быть сложной, многокомпонентной, с частями, расходящимися по разным траекториям. Это требует пересмотра моделей эволюции экзопланет.
Эволюция газовых гигантов — путь к “голым ядрам”
Постоянная утечка лёгкого гелия (и, возможно, других компонентов) может постепенно “обнажить” планету, лишив её большой газовой оболочки. С течением времени газовый гигант может превратиться в более компактное тело — что, возможно, объясняет дефицит “горячих Нептунов” (планет с массой между Землей и газовыми гигантами) в близких орбитах.
JWST как ключ к пониманию динамики атмосферы
Успех наблюдений NIRISS подчеркивает: для изучения атмосфер экзопланет необходимы долгие непрерывные наблюдения. Однократных транзитов недостаточно, чтобы понять, как атмосфера “течёт”, перераспределяется и теряется. JWST показывает себя как инструмент, способный раскрывать эти процессы в деталях.
Ограничения и что ещё неизвестно
- Несмотря на чёткое обнаружение гелия, массовый расход атмосферы (скорость утечки) пока нельзя точно измерить, потому что существующие модели не полностью соответствуют наблюдаемой двойной структуре хвостов.
- Не ясно, сохраняется ли утечка постоянно или она изменяется со временем: нужны повторные наблюдения, чтобы установить, стабильны ли хвосты, как часто усиливается утечка, и есть ли циклы.
- Наконец, неизвестно, насколько часто встречаются такие явления — пока WASP-121 b один из немногих примеров, где утечку зафиксировали так подробно. Нужно наблюдать больше “горячих Юпитеров” для статистики.
Почему это открытие важно для понимания экзопланет
- Дает реальное наблюдаемое подтверждение процессов атмосферной утечки — ключевого фактора, влияющего на формирование и эволюцию планет.
- Помогает объяснить, почему мы видим так мало газовых гигантов чуть меньше Юпитера на близких орбитах (эффект “раздробления” атмосферы).
- Раскрывает сложную физику взаимодействия планеты со звёздным излучением и ветром — важно не только для экзопланет, но и для понимания прошлых и будущих изменений атмосферы в системах с экстремальными условиями.
- Демонстрирует мощь JWST для астрофизики: длинные наблюдения, высокая чувствительность, возможность работы в инфракрасном спектре — всё это нужно для прогресса в науке об экзопланетах.
Что дальше: перспективы исследований
- Повторные наблюдения WASP-121 b — чтобы выяснить, как стабильны хвосты, меняется ли интенсивность утечки, и наблюдаются ли дополнительные компоненты атмосферы.
- Наблюдения других “горячих Юпитеров” — чтобы определить, насколько часто встречается двойная структура хвостов, и как зависит утечка от параметров планеты и звезды.
- Разработка новых 3D-гидродинамических моделей атмосферной утечки с учётом влияния звёздного излучения, гравитации и ветра — современные модели оказались недостаточны.
- Поиск связи между утечками и эволюцией планетных систем: помогает ли утечка формировать так называемую «пустыню Нептунов» и какие планеты остаются после такой эволюции.
Заключение
Открытие двойных гелиевых хвостов у WASP-121 b — важный шаг в науке об экзопланетах. Это первое подобное наблюдение, которое показывает, что утечка атмосферы у “горячих Юпитеров” — не просто локальный выброс, а длительный, масштабный процесс, способный радикально изменить судьбу планеты.
JWST вновь демонстрирует, что способен раскрывать природу далеких миров — не просто фиксируя их существование, но показывая, как они живут, теряют атмосферу, меняются под влиянием звезды.
Источники:
Статья создана по материалам https://phys.org/news/2025-12-webb-reveals-helium-tails-hot.html
