"Это было потрясение". Ученый — о планетах, которых не должно быть

Охотник за экзопланетами спутник TESS обнаружил самый молодой горячий юпитер возрастом всего 17 миллионов лет. Эти раскаленные газовые гиганты находятся в опасной близости от своей звезды — некоторые совершают полный оборот вокруг нее всего за несколько часов. Подобных экзотических объектов в Солнечной системе нет, но в Галактике, как выяснилось, хватает.

Сбежавшие гиганты

В 1995 году астрономы из Швейцарии открыли первую планету в другой звездной системе — у такого же, как Солнце, желтого карлика в созвездии Пегаса. Сначала думали, что она похожа на Землю, но вскоре поняли: планета 51 Пегаса b ближе к своей звезде, чем даже Меркурий. Период обращения — всего четыре дня. Масса — половина юпитерианской, а размеры, вероятно, гораздо больше. По сути, исполинский горящий газовый шар.

"Это было потрясение. Раньше считали, что другие планетные системы похожи на нашу. У нас газовые планеты-гиганты — очень далеко от Солнца. Для сравнения: у Юпитера период обращения — более четырех тысяч дней. А тут всего четыре! Из-за близости к родительской звезде температура на поверхности там достигает тысячи градусов. Потом обнаружили еще такие же. Сейчас их порядка пятисот из четырех тысяч открытых экзопланет", — рассказывает Валерий Шематович, заведующий отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН (ИНАСАН).

Горячие юпитеры назвали в честь крупнейшей планеты Солнечной системы. По современным представлениям, подобные гиганты образуются за линией снегов — там, где конденсируются газ и вода. У нас эта граница проходит между Марсом и Юпитером. Почему же это правило не действует для его горячих далеких собратьев?

"По основной гипотезе, они мигрировали. Большой вопрос — почему. Возможно, несколько планет-гигантов, сформировавшихся на окраинах, начинают перемещаться из-за резонансного взаимодействия. Другой механизм — торможение в остаточном газопылевом облаке. В пользу миграции говорит то, что целый ряд горячих юпитеров находится на эллиптических, вытянутых орбитах. Иногда они сильно наклонены к плоскости эклиптики. Впоследствии из-за приливного воздействия звезды орбиты становятся круговыми", — объясняет ученый.

Несколько лет назад в Швейцарии предложили модель формирования горячих юпитеров: возникает уплотнение вещества и притягивает к себе падающие на звезду газ и пыль.

"В принципе такой сценарий возможен, но пока в нем много неопределенных параметров, которые нужно уточнять", — отмечает Валерий Шематович.

Ученые склоняются к тому, что горячий юпитер сформировался далеко от звезды, затем мигрировал, тормозя в газопылевом диске

Самые странные атмосферы

Гигантские горячие юпитеры — крупнейшие из экзопланет. Их и открыли первыми, потому что своей массой они возмущали орбиту родительской звезды. Ее пульсацией это объяснить не получалось, оставался один вариант — планета поблизости.
Еще один метод наблюдений — прохождение планеты по диску звезды (транзит). Ученые долго не могли понять, почему, когда горячий юпитер только приближается к диску, но не перекрывает его, яркость звезды падает. Скорее всего, у планеты есть газовая оболочка из водорода, край которой первым наползает на диск. Благодаря таким затмениям удалось рассмотреть структуру и изучить свойства экзотических атмосфер.

Горячие юпитеры расположены ближе к родительским звездам, чем какие-либо из известных планет. Это противоречит существующим представлениям об образовании планетных систем

У примерно четверти из них газовые оболочки вытянуты. По идее, горячие юпитеры должны в итоге сбросить газ на звезду и погибнуть. Но поскольку это планеты-гиганты, сильная гравитация и запасы газа в атмосфере, несмотря на высокую скорость ее потери, обеспечивают достаточно продолжительное время жизни. Возможно, у горячих юпитеров есть силикатные или железные ядра — проверить это пока нельзя.

В России газовыми оболочками горячих юпитеров занимается научная группа в ИНАСАН под руководством директора Дмитрия Бисикало. Ученые накопили большой опыт, моделируя атмосферы Юпитера и Сатурна, и это теперь пригодилось для исследования экзопланет. В 2019 году там создали лабораторию "Исследования звезд с экзопланетами" по правительственному гранту. Ее возглавил ведущий специалист по спектроскопии звездных атмосфер, профессор Уппсальского университета Николай Пискунов.

"Горячие юпитеры крайне важны для проверки современных теорий формирования планетных систем. В дальнейшем все, что мы разработаем для их исследования, применим к субнептунам и суперземлям. Главная же задача — найти планеты в зоне обитаемости звездных систем. Статистика утверждает, что они существуют. Затем в их атмосферах будем искать биомаркеры жизни", — перечисляет Шематович.

Надежды возлагают на новые инструменты, ведь горячие юпитеры, в отличие от других экзопланет, легче наблюдать — они огромные и близко к звезде. А это дает в разы больше возможностей для проверки гипотез и моделей. В следующем году намечен запуск на орбиту космической обсерватории NASA "Джеймс Уэбб", а в 2024-м — российского телескопа "Спектр-УФ", преемника успешно работающего в космосе "Спектр-РГ".

Горячие юпитеры изучают и с Земли — например, с помощью радиотелескопов ALMA в Чили. В России новые спектрографы для этой цели скоро установят на небольших телескопах в Симеизе в Крыму и на пике Терскол на Кавказе.