Космический телескоп Джеймса Уэбба провёл детальное спектроскопическое исследование необычного холодного объекта GJ504b, расположенного менее чем в 60 световых годах от Земли. Анализ его спектра показал, что атмосфера этого мира, вероятно, содержит облака из солей, а также водяной пар, метан, аммиак, угарный газ и сероводород. По словам авторов исследования, этот объект оказался непохожим ни на что из того, что им приходилось анализировать ранее.

GJ504b был открыт ещё в 2013 году. Он обращается вокруг звезды, похожей на Солнце, на расстоянии более чем в 40 раз превышающем расстояние от Земли до Солнца - дальше орбиты Плутона. До сих пор астрономы не пришли к единому мнению, что представляет собой этот объект. Он может быть как очень массивной планетой, так и коричневым карликом - объектом, занимающим промежуточное положение между планетами и звёздами. Поэтому в работе его называют «объектом планетной массы».

Ранее изучить GJ504b было крайне сложно из-за его низкой температуры и слабого свечения. Именно поэтому он оказался подходящей целью для наблюдений телескопом Джеймса Уэбба, работающим в инфракрасном диапазоне. Полученные данные позволили уточнить характеристики объекта. Согласно оценкам, его радиус примерно на 10% меньше радиуса Юпитера, однако масса достигает примерно 25 масс Юпитера. (Это масса полноценного бурого карлика) Температура атмосферы составляет около 290 °C, что значительно ниже температуры большинства более молодых подобных объектов. Таким образом, возраст GJ504b может составлять от 2,5 до 4,5 миллиардов лет.

При попытке воспроизвести наблюдаемый спектр с помощью атмосферных моделей исследователи столкнулись с проблемой. Без дополнительного источника непрозрачности расчёты приводили к физически малореалистичному распределению температуры в атмосфере. Учёные проверили модели с тремя различными типами облаков. Наилучшее совпадение с наблюдениями дали соляные облака.

Авторы предполагают, что такие облака могут состоять из хлорида калия или сульфида цинка. Учёт таких облаков ослабил вклад молекул, расположенных в более глубоких слоях атмосферы, благодаря чему модель стала физически согласованной. Кроме того, спектральный анализ выявил признаки присутствия воды, угарного газа, метана, аммиака и сероводорода. Также исследователи обнаружили, что атмосфера GJ504b, вероятно, обогащена углеродом, кислородом и, возможно, серой по сравнению с его звездой.

Авторы отмечают, что такое обогащение тяжёлыми элементами может указывать на то, что GJ504b сформировался как планета в протопланетном диске, а не возник по сценарию образования коричневых карликов, несмотря на столь большую массу. Поэтому пока природа этого объекта остаётся не до конца понятной.

Интересно, что после открытия GJ504b в 2013 году исследователи предположили, что она может иметь необычный розовато-пурпурный оттенок. Тогда сотрудник Центра космических полётов имени Годдарда Майкл Макэлвейн сказал: «Если бы мы могли отправиться на эту гигантскую планету, мы бы увидели мир, всё ещё светящийся остаточным теплом своего рождения. Его цвет напоминает тёмно-вишнёвый или тускло-пурпурный». Именно благодаря этому GJ504b получила неофициальное прозвище «Розовая планета».

Астрономы исследовали, как распределяются галактики внутри космических войдов - самых разреженных областей крупномасштабной структуры Вселенной. Оказалось, что даже в этих регионах галактики иногда объединяются в небольшие группы. Однако такие системы встречаются значительно реже, чем в более плотных областях космоса, и по своим динамическим свойствам заметно отличаются от обычных галактических групп.

Размеры войдов могут достигать десятков миллионов световых лет. Согласно современным космологическим моделям, под действием гравитации вещество постепенно покидает эти области, перетекая в окружающие их филаменты крупномасштабной структуры Вселенной. Тем не менее даже там встречаются отдельные галактики.

Чтобы выяснить, образуют ли эти галактики связанные системы, исследователи использовали алгоритм friends-of-friends. Он объединяет галактики в одну группу, если они расположены достаточно близко друг к другу и имеют схожие скорости. Анализ проводился для выборки галактик с красным смещением менее 0,08.

В результате учёные обнаружили 1367 групп, включающих в общей сложности 3040 галактик. При этом ещё 14 672 галактики оказались одиночными и не имели близких соседей. Для сравнения исследователи проанализировали контрольную выборку галактик, расположенных вне космических войдов и вне наиболее плотных скоплений. Выяснилось, что внутри войдов 59% галактик оказались одиночными, тогда как в контрольной выборке около 60% галактик входят в состав групп. Это подтверждает, что внутри войдов галактики значительно реже образуют группы.

Авторы также изучили свойства обнаруженных групп. Они оценили их размеры, скорости движения входящих в них галактик, а также время, за которое галактика могла бы пересечь всю группу. Оказалось, что даже самые крупные группы внутри войдов содержат не более шести галактик, что значительно меньше, чем группы и скопления в более плотных областях Вселенной. Кроме того, такие группы оказались сравнительно разреженными и ещё не достигли состояния гравитационного равновесия. То есть, группы галактик все еще находятся в процессе формирования.

Ещё один интересный результат заключается в том, что число галактик в группе не зависит от степени разреженности окружающего войда. И глубокие, и менее глубокие войды могут содержать группы примерно одинакового размера.

Авторы работы делают вывод, что космические пустоты нельзя считать полностью однородными и ”мёртвыми” областями. Даже там гравитация продолжает постепенно объединять галактики, хотя этот процесс идёт значительно медленнее и приводит к образованию лишь небольших и ещё не сформировавшихся до конца групп.

Космический телескоп Джеймса Уэбба впервые получил спектр атмосферы гигантской экзопланеты WD 1856b, обращающейся вокруг белого карлика. Наблюдения показали, что температура этой планеты оказалась значительно выше ожидаемой. По мнению авторов исследования, это может свидетельствовать о сложной истории её эволюции после гибели родительской звезды.

Белые карлики представляют собой плотные остатки не очень массивных звёзд. После исчерпания запасов термоядерного топлива такие звёзды раздуваются до стадии красного гиганта, сбрасывают внешние оболочки, а их ядро сжимается до размеров, сопоставимых с Землёй. Именно такой путь, как ожидается, примерно через 5 миллиардов лет пройдёт и Солнце.

Планета WD 1856b находится примерно в 82 световых годах от Земли. По размерам она немного уступает Юпитеру, однако её масса примерно в семь раз больше массы крупнейшей планеты Солнечной системы. При этом сама планета примерно в семь раз больше по диаметру, чем белый карлик, вокруг которого она обращается.

Исследование атмосферы таких объектов существенно отличается от наблюдений обычных экзопланет. Во время транзита WD 1856b лишь часть её атмосферы проходит по диску белого карлика. Кроме того, транзит длится всего около восьми минут, а сам белый карлик значительно тусклее обычных звёзд. Поэтому исследователям пришлось разработать новые модели анализа спектров специально для подобных систем.

Главным сюрпризом оказалась температура планеты. До наблюдений астрономы ожидали, что она составит около −113 °C, однако измерения показали температуру примерно 126 °C. Поскольку белый карлик существует уже около 5,4 миллиарда лет и всё это время постепенно остывает, исследователи пришли к выводу, что современную температуру WD 1856b нельзя объяснить только излучением звезды. Более того, результаты моделирования показали, что максимальной температуры планета достигла лишь спустя миллиарды лет после превращения звезды в белый карлик.

Одним из возможных объяснений авторы называют влияние ещё одного компонента системы. Белый карлик входит в иерархическую тройную звёздную систему, в которую также входит тесная пара красных карликов G 229-20. Согласно предположению авторов, её гравитационное воздействие могло одновременно сместить WD 1856b с более далёкой орбиты ближе к белому карлику и вызвать дополнительный нагрев планеты.

По словам исследователей, результаты показывают, что газовые гиганты могут продолжать эволюционировать и после гибели своих звёзд. Такие планеты способны менять орбиты, вновь нагреваться и испытывать изменения в химическом составе своих атмосфер.