«Звенящие» экзопланеты: «Джеймс Уэбб» открыл новый способ изучать их недра через следы катастрофических столкновений

08.05.2025 10:41:00 | iXBT.com

Учёные обнаружили, что газовые гиганты за пределами Солнечной системы могут «звенеть» после катастрофических столкновений, что открывает новые возможности для изучения их внутренней структуры. Исследование основано на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) и фокусируется на экзопланете Бета Живописца b, известной аномально высоким содержанием тяжёлых металлов. Результаты показывают: если за последние 9–18 миллионов лет эта планета столкнулась с объектом массой Нептуна (17 масс Земли), то вызванные ударом сейсмические колебания могут сохраняться до сих пор, вызывая изменения яркости на уровне 1%, которые способен зафиксировать JWST.

Анализ выявил, что продолжительность таких колебаний сопоставима со временем Келвина-Гельмгольца — периодом, за который молодая планета теряет избыточное тепло. Периоды колебаний варьируются от десятков минут до часа, а их амплитуда остаётся значительной миллионы лет. Это объясняет, почему многие экзопланеты-гиганты демонстрируют повышенную металличность: частые столкновения с массивными телами в прошлом не только обогащают их состав, но и запускают долгоживущие внутренние «вибрации».

На схеме показаны типы колебаний внутри газовых гигантов. Красным выделены зоны, где температура временно повышается, синим — где снижается. Чем интенсивнее цвет, тем сильнее отклонение от обычной температуры. Иллюстрация помогает представить, как «эхо» древних столкновений искажает недра экзопланет, что регистрирует телескоп JWST. Источник: J. J. Zanazzi, Eugene Chiang, Yifan Zhou / arXiv:2505.01496

Работа рассматривает два сценария накопления металлов: постепенную аккрецию частиц из протопланетного диска и катастрофические слияния с другими объектами. Моделирование подтвердило, что второй механизм эффективнее генерирует сейсмические волны. Учёные проанализировали поведение колебаний в газовых гигантах — от фундаментальных (f-моды) до акустических (p-моды) — и оценили их затухание. Оказалось, что внутреннее трение в плотной атмосфере слабо гасит волны, позволяя им сохраняться десятки миллионов лет.

Для экзопланеты β Pic b расчёты предсказывают: если крупное столкновение произошло в указанный период, то JWST сможет обнаружить связанные с колебаниями изменения светимости. Это открывает путь к сейсмологии экзопланет — методу, аналогичному изучению землетрясений. Измерение частот колебаний позволит определить плотность планет, а анализ расщепления мод из-за вращения — вычислить их скорость. Высокочастотные акустические моды раскроют скорость звука в недрах, а низкочастотные гравитационные — укажут на стратификацию слоёв.

Авторы подчеркивают, что столкновения — не единственный источник колебаний. Для горячих юпитеров, например, значительную роль играют приливные силы звёзд. Однако именно «звон» от древних катаклизмов даёт уникальный шанс заглянуть в прошлое планетных систем.

Дальнейшие исследования потребуют учёта нелинейных эффектов и особенностей атмосфер экзопланет. Тем не менее, работа доказывает: сейсмология может стать ключом к пониманию эволюции газовых гигантов и условий их формирования, дополняя данные прямых наблюдений.

Подробнее