Обнаружена экзопланета, которая не должна существовать

Сегодня ученым (а заодно и нам с вами) известно о существовании более чем 4300 экзопланет — миров, что вращаются вокруг чужих звезд. Стоит ли удивляться, что иногда среди них находятся объекты весьма странные. Так, недавно международная команда астрономов сообщила об открытии планеты, которой вообще не должно существовать. Газовый гигант WASP-107b, расположенный на расстоянии 212 световых лет от Земли, больше напоминает пучок сахарной ваты а не планету из-за своей массы, которая намного меньше, чем масса, необходимая для формирования газовой оболочки, окутывающей такие миры как Юпитер и Сатурн. Впервые экзопланета была обнаружена в 2017 году и еще тогда показалась астрономам странной. Судите сами – сопоставимая по размеру с Юпитером планета почему-то в 10 раз легче него, к тому же вращается очень близко к своей звезде – на расстоянии всего 9 миллионов километров. Авторы исследования отмечают, что новое открытие может изменить современные представления о появлении планет-гигантов.

Как и где формируются горячие Юпитеры?

Сегодня астрономы изучают множество внеземных систем, большинство из которых сильно отличаются от нашей. Однако определить, как именно сформировались эти солнечные системы непросто. Согласно главенствующим теориям планетообразования, газовые гиганты формируются там, где находятся наши Юпитер и Сатурн, то есть на расстоянии, в несколько раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем. Чтобы в таких условиях получился горячий Юпитер, планеты-гиганты должны мигрировать внутрь системы. Так, одна из ведущих теорий образования солнечной системы предполагает, что Юпитер и Сатурн сформировались далеко от Солнца, мигрировали внутрь, а затем вернулись обратно к своим нынешним местоположениям.

Горячие Юпитеры – это гигантские планеты, которые вращаются очень близко к своей звезде-хозяину и встречаются примерно в 1% систем. Астрономы считают, что формирования горячих Юпитеров происходит благодаря процессу, называемому аккрецией ядра. В протопланетном диске образуется каменистое ядро размером с Землю или больше. Как только масса ядра достигает критической отметки (около 10 земных масс или более), оно проходит фазу чрезвычайно быстрой аккреции, втягивая водород и гелий в атмосферу и в конечном итоге набирая достаточно газа, чтобы стать газовым гигантом. Отмечу, что ядра газовых гигантов могут быть странными. Юпитер, например, имеет нечеткое ядро, подробнее о котором я рассказывала в этой статье.

Горячие Юпитеры – это массивные миры, живущие в солнечных системах, совершенно непохожих на наши.

Протопланетные диски, которые формируют планеты вокруг молодых звезд, имеют отверстие в середине, созданное магнитным полем звезды. Новые исследования показали, что внутренняя граница диска может образовывать газовые планеты-гиганты, не требуя, чтобы они формировались дальше и мигрировали внутрь. Так, согласно работе 2019 года, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters, горячие Юпитеры могут образовываться на месте или в месте, близком к их звездам, и оставаться там в течение всей своей жизни.

Горячий Нептун

В середине января международная команда астрономов сообщила об обнаружении экзопланеты, не похожей ни на одну из планет, известных науке. Странность ее заключается в том, что масса ее ядра намного меньше массы, необходимой, как считается, для создания огромной газовой оболочки. Так, согласно работе, опубликованной в журнале Astronomical Journal, WASP-107b примерно в 30 раз массивнее Земли (для сравнения – масса нашего Юпитера в 300 раз больше массы Земли).

Получается, экзопланета WASP-107b имеет размер Юпитера, но только одну десятую его массы. Что удивительно, так как подобное сочетание придает планете примерно такую же плотность, как у зефира. Полученные в ходе исследования выводы также означают, что на самом деле это не горячий Юпитер, а самый настоящий горячий Нептун.

Для оценки массы странной экзопланеты, ученые впервые использовали данные, полученные в обсерватории Кека на Гавайях. Исследователи применили метод лучевых скоростей, который позволяет не только определять массу планеты, но и наблюдать колебательное движение ее звезды, связанное с гравитационным притяжением. Расчеты показали, что
масса WASP-107b составляет примерно одну десятую массы Юпитера и примерно в 30 раз превышает массу Земли.

Протопланетные диски, которые формируют планеты вокруг молодых звезд, имеют отверстие в середине, созданное магнитным полем звезды. Новые исследования показали, что внутренняя граница диска может образовывать газовые планеты-гиганты, не требуя, чтобы они формировались дальше и мигрировали внутрь.

Затем астрономы провели анализ, чтобы определить наиболее вероятную внутреннюю структуру планеты, и пришли к удивительному выводу: при такой низкой плотности планета должна иметь твердое ядро, не более чем в четыре раза превышающее массу Земли. Это означает, что свыше 85% массы экзопланеты заключено в толстом слое газа, окружающем ядро. Напомню, до сих пор считалось, что без массивного ядра газовые гиганты не могут преодолеть критический порог, необходимый для создания и сохранения своих больших газовых оболочек. Однако для WASP-107b наиболее правдоподобным является другой сценарий.

Ученые предположили, что эта планета сформировалась далеко от своей звезды, где газ в диске был достаточно холодным. Поэтому газовая аккреция могла происходить очень быстро. Позже планета переместилась в свое текущее положение, а произошло это либо за счет взаимодействия с диском, либо в результате взаимодействия с другими планетами этой системы.