„Тя трябва да е много, много по-богата на летливи вещества от Земята, за да обясни наблюденията. Наистина е като мокра топка лава“, отбелязват авторите.
Досега доказателствата за атмосфери върху скалисти планети извън нашата слънчева система бяха изключително оскъдни. И също толкова противоречиви. Астрономите бяха открили атмосфери върху скалисти, но студени планети, като 55 Cancri e, с тънки или вулканични атмосфери; върху скалисти светове около много малки звезди, като някои кандидати за TRAPPIST-1. Въпреки че доказателствата все още се обсъждат и в някои случаи са отхвърлени. И върху планети с умерен климат, където са открити следи или намеци за газови обвивки, а не атмосфери. Но нито едно не е толкова ясно, колкото случаят с TOI-561 b.
За първи път учените от НАСА получиха най-силните доказателства до момента за атмосфера, обграждаща скалиста планета извън нашата слънчева система. И това не е умерен свят или подобна на Земята планета, а нещо далеч по-екстремно. TOI-561 b, планета, обикаляща толкова близо до звездата си, че цялата ѝ повърхност може да бъде глобален океан от магма. Резултатите, получени с космическия телескоп „Джеймс Уеб“ (JWST) и публикувани в The Astrophysical Journal Letters, отварят неочакван прозорец към най-враждебните и древни скалисти светове на галактиката. В същото време те оспорват една от догмите на съвременната екзопланетология. А именно, че малките планети, обгорени от звездата си, не могат да запазят атмосфера. Те са заснели изображения на „червени спрайтове“ – едно от най-трудните за наблюдение атмосферни явления.
TOI-561 b обикаля около звездата си на толкова малко разстояние (по-малко от 1,5 милиона километра, 40 пъти по-близо от Меркурий до Слънцето), че завършва една година за по-малко от 11 часа. Това е супер-Земя с радиус 1,4 пъти по-голям от този на Земята, но изключително гореща. Дневната ѝ страна е постоянно изложена на звездата, достигайки температури, способни да разтопят всяка скала. В такъв свят човек би очаквал гола повърхност, разтопена скала, свръхзвукови ветрове и нищо, което да се задържи като атмосфера. Но наблюденията от JWST разказват различна история. Авторите, водени от Йохана Теске, са измерили температурата на дневното полукълбо по време на вторични затъмнения (когато планетата преминава зад звездата), използвайки инфрачервения спектрограф NIRSpec.
Ако TOI-561 b беше напълно изложена, повърхността ѝ би трябвало да свети около 2700°C. JWST обаче е отчел много по-ниска температура: 1800°C. Разликата е ключова и в нея се крие единственото последователно решение: наличието на гъста, богата на летливи вещества атмосфера, способна да преразпределя част от топлината и да абсорбира част от инфрачервеното лъчение. „Наистина се нуждаем от гъста, богата на летливи вещества атмосфера, за да обясним всички наблюдения“, казва Анджали Пиет, съавтор на изследването. „Газове като водните пари биха абсорбирали някои дължини на вълните на инфрачервената светлина, преди да избягат в космоса. Планетата би изглеждала по-хладна, защото телескопът открива по-малко светлина.“
Те дори споменават друга възможност: силикатни облаци, образувани буквално от изпарени минерали, които кондензират на голяма надморска височина и отразяват звездната светлина.
Откритието помага да се обясни и друга мистерия, която преследва TOI-561 b от откриването ѝ: аномално ниската ѝ плътност. Планетата е по-малко плътна, отколкото би се очаквало за супер-Земя, направена от желязо и скали. „Това, което наистина отличава тази планета, е аномално ниската ѝ плътност. Тя е по-малко плътна, отколкото бихме очаквали, ако имаше състав, подобен на земния“, добавя Теске. „Освен това, TOI-561 b обикаля около звезда, два пъти по-стара от Слънцето, бедна на желязо и разположена в така наречения дебел диск на Млечния път. Това означава, че се е образувала в химическа среда, напълно различна от тази на по-младите планетарни системи.“ Съставът на планетата и нейната атмосфера биха могли да бъдат представителни за светове, образувани, когато Вселената е била много по-млада, което я прави изключителен обект за изучаване на това какви са били първите скалисти планети.
Накрая, откритието повдига ключов въпрос: Как е възможно толкова малка, гореща и древна планета да запази атмосфера? „Вярваме, че има баланс между магмения океан и атмосферата“, казва Тим Лихтенберг, съавтор на изследването. „Докато газовете излизат от планетата, за да захранват атмосферата, магмата ги привлича обратно. Тази планета трябва да е много, много по-богата на летливи вещества от Земята, за да обясни тези наблюдения. Тя наистина е като мокра топка от лава.“