Научный прогресс часто происходит благодаря данным, которые не соответствуют нашему нынешнему пониманию. По крайней мере, так считал Томас Кун в своей знаменитой книге «Структура научных революций». Поэтому учёные должны приветствовать новые данные, которые ставят под сомнение их представления о том, как устроена Вселенная.
Недавнее исследование
Недавняя статья, опубликованная на сервере препринтов arXiv, использует данные, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), и может изменить наше понимание. В статье рассматривается экзопланета у миллисекундного пульсара, и обнаружено, что её атмосфера почти полностью состоит из чистого углерода.
Пульсар PSR J2322-2650
Этот тип пульсара, известный как система «чёрной вдовы», получает энергию для своих высокоэнергетических вспышек, похищая материал у соседней звезды. В данном случае соседней звездой, вероятно, является планета-компаньон «горячий Юпитер», которая вращается вокруг своей родительской нейтронной звезды каждые 7,8 часа.
Процесс формирования «чёрной вдовы»
Процесс формирования «чёрной вдовы» состоит из двух этапов:
1. Нейтронная звезда (в данном случае также пульсар) крадёт материал.
2. Затем она обстреливает своего компаньона высокоэнергетическим гамма-излучением, срывая внешние слои соседней звезды и образуя экзопланету размером с Юпитер, состоящую в основном из гелия.
Экзопланета PSR J2322-2650b
Экзопланета PSR J2322-2650b соответствует описанию планеты размером с Юпитер, которая, по-видимому, имеет ту же плотность, что и ожидалось бы, если бы она состояла в основном из гелия. Однако её атмосфера не похожа ни на одну из ранее наблюдавшихся у планет-компаньонов «чёрных вдов».
Согласно спектрографическим отчётам JWST, атмосфера экзопланеты состоит в основном из элементарного углерода в форме триикарбона (C3) или дикарбона (C2). Обычно такие элементы встречаются в хвостах комет или в пламени на Земле. Их присутствие в атмосфере планеты, особенно в таком количестве, является новым для науки.
Различия между дневной и ночной сторонами
Ещё одной интересной особенностью атмосферы планеты является разница между дневной и ночной сторонами. На дневной стороне, которая всегда обращена к пульсару, поскольку планета находится в приливном захвате, температура может достигать более 2000 ℃, и там наблюдаются очень чёткие химические сигнатуры. Однако на ночной стороне почти нет никаких особенностей, что позволяет предположить, что эта сторона планеты покрыта сажей или чем-то подобным, не имеющим каких-либо отличительных черт.
Расчёты соотношений элементов
Чтобы доказать, насколько необычна атмосфера этой планеты, исследователи рассчитали соотношения между углеродом и кислородом, а также углеродом и азотом. Соотношение C/O составило более 100, а соотношение C/N — более 10 000. Для сравнения, на Земле соотношение C/O составляет 0,01, а C/N — 40. Очевидно, что на этой планете много углерода.
Это не соответствует моделям того, как, по мнению учёных, должна формироваться планета. В процессе «чёрной вдовы» внешние слои планеты должны были быть либо поглощены соседней звездой, либо сожжены её излучением. Тот факт, что такая богатая углеродом атмосфера всё ещё существует, остаётся загадкой.
Другие аспекты планеты
Другие аспекты планеты соответствуют общей теории. Модели циркуляции предсказывают, что быстро вращающиеся планеты, подобные PSR J2322-2650b, будут иметь сильные западные ветры, что отличается от типичных восточных ветров на других приливных захваченных «горячих Юпитерах». Данные JWST показывают, что самая горячая часть планеты находится примерно в 12 градусах к западу от центра, что является первым наблюдаемым доказательством этого явления западных ветров.
Заключение
Таким образом, PSR J2322-2650b является противоречивым. Он имеет правильный размер и форму для типичной системы пульсара «чёрная вдова». Его циркуляция ветра также хорошо согласуется с нашими лучшими моделями. Но его атмосфера — это нечто совершенно иное, и учёным придётся вернуться к теории, чтобы попытаться найти способ согласовать её с новыми данными. Пока они этим занимаются, JWST продолжит сканировать небо в поисках новых аномалий, которые могут стать движущей силой следующей научной революции.