Газовый гигант рядом с карликом: ученые нашли «запретную» экзопланету, которая не должна существовать

Что произошло

Международная группа ученых открыла «запретную» звездную систему, в которой вокруг маломассивного красного карлика вращается огромный газовый гигант размером с Юпитер. Это открытие ставит под сомнение популярные теории формирования экзопланет. Исследование опубликовано в журнале The Astronomical Journal.

• До этого ученые ни разу не находили газового гиганта в системах красных карликов. Предполагалось, что особенности формирования этих звезд не подходят для образования массивных каменных ядер газовых планет. По этой причине ученые считали, что в системах красных карликов могут обращаться только каменистые планеты, похожие на Марс или Венеру.
• Также считалось, что красные карлики «принимают» планеты значительно меньше себя. Однако обнаруженный газовый гигант TOI-5205b всего лишь в 4 раза меньше звезды, вокруг которой он обращается. Ученые отмечают, что если размеры Юпитера и Солнца можно сравнить с горошиной и грейпфрутом, то TOI-5205b и ее красный карлик — это горошина и маленький лимон.
• Как подчеркивают исследователи, существование этого газового гиганта не вписывается в прежние модели образования экзопланет. В дальнейшем они планируют продолжить изучение обнаруженной звездной системы, чтобы определить принципы ее формирования.

Контекст

Экзопланеты, как полагают ученые, рождаются во вращающемся диске из газа и пыли, окружающем молодые звезды.

• Согласно одной из популярных теорий, для образования газовых планет необходимо около 10 земных масс каменистого материала диска, чтобы накопить и сформировать массивное ядро. Затем оно притягивает большое количество газа из соседних областей диска — таким образом формируется газовая планета-гигант.
• К сегодняшнему дню ученые открыли большое число экзопланет у красных карликов, однако почти все они меньше Нептуна (он почти в 3 раза меньше Юпитера). Принято считать, что планет-гигантов у маломассивных звезд должно быть немного, а в случае красных карликов их не должно быть вовсе. Однако открытие TOI-5205b опровергает это мнение.

Существование TOI-5205b расширяет наши знания о дисках, в которых рождаются эти планеты. В начале процесса, если в диске недостаточно каменистого материала для образования исходного ядра, то формирование газового гиганта невозможно. Также его появление невозможно, если диск испарится до того, как сформируется массивное ядро. И все же TOI-5205b сформировался, несмотря на эти препятствия. Основываясь на нашем текущем понимании формирования планет, TOI-5205b не должен существовать. Это «запретная» планета.

Авторы исследования

• Пока существующие теории не могут объяснить происхождение TOI-5205b — формирование экзопланеты требовало либо очень массивного околозвездного диска, либо чрезвычайно эффективной аккреции.

В цифрах

Существует целый ряд экзопланет, которые поразили ученых своими размерами.

• В созвездии Мухи находится бело-голубая звезда HD 100546. В 2014 году астрономы открыли экзопланету, которая вращается вокруг нее. Объект получил обозначение HD 100546 b. По данным NASA, эта планета крупнее Юпитера в 752 раза, а Земли — в 5,5 тыс. раз. HD 100546 b — планета-гигант, состоящая в основном из газа. Ее средний диаметр составляет 986,5 км.
• В 2020-м астрономы опубликовали снимок системы, состоящей из солнцеподобной звезды TYC 8998-760-1 и двух гигантских экзопланет. Обнаруженный газовый гигант TYC 8998-760-1b по массе оказался в 14 раз больше Юпитера. Он вращается вокруг звезды на расстоянии 160 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Солнца до Земли). Вторая планета — TYC 8998-760-1с — находится в 320 астрономических единицах от родительского светила. Она в 6 раз крупнее Юпитера. По словам ученых, TYC 8998-760-1 возникла 16,7 млн лет назад. 
• В топ крупнейших экзопланет также входит TrES-4. Ее радиус в 19,8 раза превышает радиус Земли и в 1,8 раза — радиус Юпитера, при почти одинаковой с ним массе. Плотность этой экзопланеты рекордно низка.
• TOI-1075b — самая большая суперземля, обнаруженная к этому моменту. Она кружится очень близко к родительскому светилу. Ее размер примерно в 1,72 раза больше радиуса Земли, масса — больше в 9,95 раза. 

Почему это важно

Экзопланеты вызывают интерес у астрономов по всему миру, так как их изучение позволяет лучше понять, как устроена Солнечная система и существует ли место в вселенной, куда люди могут переселиться. Вот некоторые проекты, нацеленные на подобные исследования.

• NASA работает над созданием космического телескопа «Нэнси Грейс Роман». Главная цель — изучение темной материи и темной энергии, но в рамках программы аппарат также будет искать экзопланеты и делать их фотографии. Запуск миссии запланирован на май 2027 года. Также в январе ​NASA объявило об открытии новой планеты, напоминающей Землю. Оно было сделано благодаря спутнику TESS. Каменистая планета, получившая название TOI 700e, вращается вокруг звезды TOI 700. Исследователи предполагают, что вода на ее поверхности может оставаться в жидком состоянии.
• В конце 2021-го с Земли запустили крупнейший и мощнейший телескоп за всю историю под названием «Джеймс Уэбб». Над его созданием трудились 25 лет ученые из NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства (CSA). Аппарат обошелся в $10 млрд. Одна из целей исследователей — найти жизнь на экзопланетах, вращающихся вокруг холодных звезд, называемых красными карликами. 
• В начале 2022 года ESA завершило критический обзор проекта новой космической обсерватории PLATO общей массой 2,1 тыс. кг, главный инструмент которой состоит из 26 телескопов. Ожидается, что она будет запущена в космос в 2026 году и за 4 года работы исследует более чем 200 тыс. звезд, а также экзопланеты вокруг них. Помимо этого, в 2028 году ESA планирует запустить космический телескоп ARIEL, который предназначен для изучения атмосфер экзопланет.

Фото обложки: Katherine Cain / Carnegie Institution for Science