Секрет формирования экзопланет, таких как супер-Земли и суб-Нептуны, был раскрыт благодаря исследованию четырех молодых планет, которые испаряются. Примерно в 350 световых годах от нас находится система V1298 Tau, где солнекоподобная звезда возрастом всего 23 миллиона лет окружена четырьмя планетами, находящимися на компактных орбитах вблизи своей звезды. Эти планеты, обнаруженные в 2019 году астрономами Эриком Петигурой из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе и Тревором Дэвидом из Института Флатайрон в Нью-Йорке с использованием данных, полученных в рамках миссии K2 космического телескопа Кеплер, имеют радиусы от пяти до десяти радиусов Земли.
Теперь команда астрономов под руководством Джона Ливингстона из Центра астробиологии в Токио, включающая Петигуру и Дэвида, использовала «вариации времени транзита» для измерения массы каждой из четырех планет. Это позволило исследователям определить, что планеты имеют очень низкую плотность и что атмосферы каждой из миров испаряются в космос. По словам группы Ливингстона, это является ключом к формированию супер-Земель и суб-Нептунов.
Супер-Земли – это каменистые планеты, которые больше и массивнее нашей Земли, тогда как суб-Нептуны – это частично газообразные миры, меньшие Нептуна. Эти два типа планет являются наиболее распространёнными классами миров, открытыми охотниками за экзопланетами. Интересно, что наша Солнечная система не имеет ни супер-Земли, ни суб-Нептуна, и астрономы до сих пор не могут объяснить, почему в нашей системе отсутствуют эти распространенные планеты и как они формируются.
Наблюдения за V1298 Tau стали важным шагом вперед. Когда планета транзитирует, то есть проходит перед своей звёздой, она блокирует часть её света. Объем заблокированного света позволяет определить радиус планеты, а частота ее транзитов дает информацию о ее орбитальном периоде. Четыре планеты имеют орбитальные периоды 8,2, 12,4, 24,1 и 48,7 земных суток. Это очень компактная система — все четыре планеты могли бы легко поместиться внутри орбиты ближайшей к Солнцу планеты — Меркурия.
Поскольку планеты находятся достаточно близко друг к другу, их гравитация влияет на движения друг друга, иногда ускоряя или замедляя планету в зависимости от расположения. Это приводит к тому, что транзиты происходят немного позже или раньше запланированного времени. Эти вариации времени транзита помогают исследователям определять массу планет: чем больше вариации, тем более массивна планета, притягивающая транзитирующий мир.
Зная радиусы и массы планет, команда Ливингстона могла затем рассчитать их плотности и обнаружила, что они крайне легкие. По словам Тревора Дэвида, «необычайно большие радиусы молодых планет привели к гипотезе о том, что они имеют очень низкие плотности, но это никогда не было измерено». Теперь, когда их масса была определена, это предоставило первый наблюдательный доказательства их необычно «пухлых» характеристик, что дает важные ориентиры для теорий эволюции планет.
Исследования показывают, что фотоиспарение продолжится еще около 100 миллионов лет, к тому времени планеты будут значительно уменьшены. Подсчеты предполагают, что все четыре мира имеют ядро схожего размера. Внутренние две планеты, похоже, потеряют свои атмосферы полностью и превратятся в каменные супер-Земли. Внешние планеты, имея вдвое большую массу, оказываются под защитой их расстояния от звезды, однако они тоже находятся на пути к потере атмосферы или сохранению ее части и превращению в мини-Нептуны.
Компактные орбиты планет указывают на то, как формируются системы типа «горох в стручке», такие как миры TRAPPIST-1 — планеты схожего размера и массы на равномерно распределенных круговых орбитах. «Самое захватывающее в этом, что мы видим предварительный просмотр очень обычной планетарной системы», отметил Ливингстон. «Четыре планеты, которые мы изучали, вероятно, уступят место супер-Землям и суб-Нептунам — наиболее распространенным типам планет в нашей галактике, но мы никогда не имели такой четкой картины их формирующихся лет».
Результаты исследования были опубликованы 7 января в журнале Nature.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий