Науковці з Каліфорнійського університету в Берклі змоделювали зіткнення двох гігантських планет і з’ясували, що такий удар може спричинити сейсмічні хвилі, які триватимуть мільйони років. Ці хвилі можуть змінювати яскравість планети — і це потенційно можна зафіксувати за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба. Про це передає КРВ.медіа, посилаючись на дослідження, оприлюднене під керівництвом фізика-теоретика Дж. Дж. Занацці.
Зіткнення планет як джерело тривалих сейсмічних хвиль
Дослідники змоделювали гіпотетичне зіткнення між молодою газовою планетою масою близько 17 земних і масивним газовим гігантом Beta Pictoris b, що має приблизно 13 мас Юпітера. Ця планета розташована в зоряній системі Beta Pictoris і є надзвичайно молодою — її вік оцінюють у 12–20 мільйонів років. Вона також має високу концентрацію металів — від 100 до 300 земних мас важких елементів.
В астрономії «металами» називають усі елементи важчі за водень і гелій, а «важкими металами» — елементи важчі за залізо. Такий вміст свідчить про те, що Beta Pictoris b могла виникнути через численні зіткнення з меншими планетами, зокрема з твердими ядрами інших екзопланет.
У результаті удару, який моделювали вчені, в надрах планети збуджуються сейсмічні коливання — як на поверхні (так звані f-моди), так і в глибинах (p-моди). F-моди — це хвилі, які поширюються горизонтально, подібно до хвиль на воді. P-моди — це звукові хвилі, які поширюються крізь внутрішні шари планети.
ФОТО. На ілюстрації зліва зображено f-моди — фундаментальні або поверхневі коливання, які поширюються переважно горизонтально і нагадують хвилі на поверхні води. Справа показано p-моди — акустичні або тискові хвилі, що поширюються всередину планети подібно до звуку. F-моди дозволяють вивчати поверхню, тоді як p-моди — внутрішню структуру планети. Червоний колір позначає надлишок температури, синій — її дефіцит.
Як JWST може виявити наслідки ударів
Попри те що JWST (James Webb Space Telescope) не може безпосередньо реєструвати сейсмічні коливання, він здатен із високою точністю вимірювати зміни яскравості об’єктів у космосі. Якщо коливання внаслідок удару досить потужні, це викликає зміни у випромінюванні планети, які телескоп може зафіксувати у вигляді змін у світлових кривих.
Космічний телескоп Джеймса Вебба є інфрачервоним телескопом NASA, здатним реєструвати тонкі зміни у випромінюванні далеких об’єктів. Завдяки цьому JWST може стати інструментом для дослідження внутрішньої структури планет за допомогою непрямих ознак, таких як зміни яскравості.
За оцінками вчених, якщо подібне зіткнення відбулося в системі Beta Pictoris протягом останніх 9–18 мільйонів років, JWST може виявити залишкові ознаки сейсмічної активності.
Сейсмологія як інструмент вивчення надр далеких світів
Сейсмічні хвилі дають змогу зазирнути вглиб планет. Вимірювання їхньої частоти може допомогти вченим оцінити густину екзопланет, визначити наявність стабільних внутрішніх шарів і навіть будову ядра. На прикладі Сатурна вже було доведено, що сейсмологія — наука, яка вивчає коливання у твердих тілах і рідинах — може ефективно застосовуватись для аналізу газових гігантів.
У випадку з Beta Pictoris b, спектр сейсмічних мод, збуджених зіткненням, потенційно містить інформацію про структуру внутрішніх шарів. Дослідники зазначають, що такі коливання можуть зберігатися протягом мільйонів років після удару — фактично так довго, як живе сама планета у молодому віці.
Альтернативні джерела сейсмічної активності — гравітаційні збурення
Не лише зіткнення здатні викликати сейсмічні коливання. Так звані «гарячі» та «теплі» Юпітери можуть зазнавати значного впливу від гравітаційних полів своїх зірок. Якщо планета має витягнуту (ексцентричну) орбіту, її внутрішня структура може піддаватись сильному приливному збуренню.
Цей процес, відомий як «високоексцентрична міграція», призводить до того, що зірка-газда збуджує f-моди в глибинах планети, що викликає варіації в інфрачервоному випромінюванні. Такі ознаки також можуть бути зафіксовані JWST або майбутнім космічним телескопом імені Ненсі Грейс Роман.
Раніше ми писали, що телескоп «Джеймс Вебб» виявив життя на планеті K2-18b
