Исследователи обнаружили, что газовые гиганты за пределами Солнечной системы способны «звенеть» после масштабных столкновений, открывая новые перспективы изучения их внутренней структуры. Использование данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) позволило сосредоточиться на экзопланете Бета Живописца b, известной высоким содержанием тяжёлых металлов. Исследование показало, что если за последние 9–18 миллионов лет эта планета столкнулась с объектом, сопоставимым по массе с Нептуном (17 масс Земли), вызванные при этом сейсмические воздействия могут наблюдаться до сегодняшнего дня. Их следствия — изменения яркости на 1%, зафиксированные JWST.
Анализ продемонстрировал, что длительность таких колебаний сопоставима с периодом Келвина-Гельмгольца — временем, когда молодая планета теряет излишнее тепло. Колебания варьируются от десятков минут до часа, и их значительное воздействие сохраняется миллионы лет. Это объясняет, почему многие гигантские экзопланеты демонстрируют высокую металличность: частые столкновения с массивными телами в прошлом не только изменяют их состав, но и инициируют продолжительные внутренние «вибрации».
Исследование рассматривает два сценария накопления металлов: постепенное добавление частиц из протопланетного диска и катастрофические слияния с другими объектами. Моделирование подтвердило, что второй механизм более эффективно создаёт сейсмические волны. Ученые изучили колебания в газовых гигантах — от фундаментальных (f-моды) до звуковых (p-моды) — и их затухание. Оказалось, что внутреннее трение в плотной атмосфере слабо уменьшает волны, что позволяет им сохраняться десятки миллионов лет.
Для экзопланеты β Pic b расчёты предсказывают: при вывихе в указанный период, JWST сможет наблюдать изменения светимости, вызванные колебаниями. Это становится основой для сейсмологии экзопланет — метода, подобного изучению земных сейсмических событий. Изучение частот колебаний поможет определить плотность планет, а анализ расщепления мод из-за вращения — определить скорость их движения. Высокочастотные звуковые моды покажут скорость звука в недрах, а низкочастотные гравитационные — укажут на слоистую структуру.
Авторы подчёркивают, что столкновения — не единственный источник колебаний. Для «горячих юпитеров,» например, значительное влияние оказывают приливные силы звёзд. Однако именно «звон» от древних катаклизмов предоставляет уникальную возможность изучить прошлое планетных систем.
Для дальнейших исследований потребуется учитывать нелинейные эффекты и особенности атмосфер экзопланет. Тем не менее, работа подтверждает: сейсмология может стать ключом к пониманию эволюции газовых гигантов и условий их формирования, дополняя данные прямых наблюдений.
Источник: iXBT
