Эта планета слишком велика, чтобы вращаться вокруг этой крошечной звезды
За пределами Солнечной системы есть много странных и удивительных планет, но недавно обнаруженный мир — настоящая космическая диковинка.
Экзопланета TOI-5205b — газовый гигант примерно такого же размера и массы, как Юпитер на орбите красного карлика TOI-5205. Но в этом нет ничего необычного; планеты все время вращаются вокруг звезд.
Что необычно, так это размер TOI-5205 по сравнению с экзопланетой размером с Юпитер. Звезда не в четыре раза больше радиуса своей планеты, а составляет чуть менее 40 процентов от радиуса и массы Солнца. Кроме того, орбита TOI-5205b расположена неудобно близко, и она совершает оборот вокруг красного карлика каждые 1,6 дня.
Это один из первых случаев, когда такая большая экзопланета была обнаружена на орбите такого крошечного красного карлика, и астрономы Я так и не понял, как возникла такая странная пара. Это идет вразрез с нашими нынешними представлениями о формировании планет.
«Звезда-хозяин, TOI-5205, примерно в четыре раза больше Юпитера», – говорит астроном Шабхэм Канодиа из Института науки Карнеги. , «однако ей каким-то образом удалось сформировать планету размером с Юпитер, что весьма удивительно».
Красные карлики — самые маленькие звезды главной последовательности, о которых мы знаем; немного меньше, и мы начинаем сворачивать на территорию коричневых карликов, не совсем звезд. У них низкая масса, яркость и тепловыделение, они сжигают свои запасы водорода так медленно, что предполагаемая продолжительность их жизни может исчисляться триллионами лет, что намного больше, чем нынешний возраст Вселенной, составляющий 13,8 миллиарда лет.
Поскольку они такие маленькие и тусклые, красные карлики невозможно увидеть невооруженным глазом; тем не менее, это самые многочисленные звезды Млечного Пути. Однако из 5250 экзопланет, подтвержденных на момент написания, только 240 вращаются вокруг красных карликов; только около дюжины из них размером с Юпитер или больше.
То, что мы знаем о формировании планет, предполагает, что такие пары звезда-экзопланета маловероятны. Звезды образуются из сгустков в плотных облаках газа и пыли. По мере того, как они растут, материал вокруг них объединяется в диск, который питает маленькую звезду, немного напоминая воду, стекающую по канализации. Как только звезда становится достаточно массивной, она испускает мощные ветры, которые сдувают ближайший материал, прерывая рост звезды.
То, что осталось в этом диске, затем формирует объекты, которые вращаются вокруг звезды, слипаясь вместе, чтобы постепенно вырасти в планеты. Наше текущее моделирование предполагает, что для создания газового гиганта требуется около 10 земных масс материала каменистого диска, чтобы создать планетарное ядро, которое затем накапливает газ для создания гигантской протяженной атмосферы. Этот процесс также должен произойти относительно быстро, прежде чем молодая звезда взорвет остатки диска.
Наши модели также предполагают, что у крошечного красного карлика в диске не должно быть достаточно материала для этого процесса. должно произойти в течение требуемого периода времени.
«Существование TOI-5205b расширяет наши знания о дисках, в которых рождаются эти планеты», — говорит Канодиа.
«Вначале, если в диске недостаточно каменистого материала для образования начального ядра, то невозможно сформировать газовую планету-гигант. А в конце, если диск испарится до того, как сформируется массивное ядро, то не может образовать газовую планету-гигант. И все же TOI-5205b сформировался, несмотря на эти ограждения. Основываясь на нашем номинальном текущем понимании формирования планет, TOI-5205b не должен существовать; это «запретная» планета.»
Экзопланета была обнаружена на основе транзитов, то есть когда вращающийся мир проходит между нами и его звездой-хозяином. Этот проход приглушает свет звезды; если известна собственная яркость звезды, астрономы могут рассчитать размер экзопланеты. Гравитационное взаимодействие между звездой и экзопланетой также заставляет звезду слегка «раскачиваться» на месте, и измерение этого колебания позволяет астрономам рассчитать массу экзопланеты.
Основываясь на этих наблюдениях, Канодиа и его команда установили, что экзопланета в 1,08 раза больше массы и в 1,03 раза больше радиуса Юпитера. Это 27,2 процента радиуса звезды, что составляет 39,4 и 39,2 процента массы и радиуса Солнца соответственно.
Это кажется экстремальным, но еще более увлекательно то, что TOI-5205b не одинок. В документе, недавно загруженном на сервер препринтов arXiv и принятом к публикации, подробно рассказывается об открытии TOI-3235b, экзопланеты с массой в 0,665 раза больше и радиусом в 1,07 раза больше Юпитера, вращающейся вокруг красного карлика с массой в 0,394 раза больше и радиусом в 0,37 раза больше, чем у Юпитера. Солнце с периодом 2,6 дня.
А в 2021 году астрономы объявили об открытии TOI-519b, газового гиганта в 14 раз больше массы и в 1,07 раза больше радиуса Юпитера, вращающегося вокруг красного карлика 0,37 массы и радиуса Солнца, с периодом 1,27 дня.
Таким образом, эти экзопланеты могут существовать, хотя и редко. Это будет до будущей работы, чтобы выяснить, как это сделать. К счастью, транзиты этих экзопланет могут помочь.
Свет от звезды меняется, когда он проходит через атмосферу экзопланеты; с помощью мощного инфракрасного телескопа, такого как JWST, эти изменения можно изучить в мельчайших деталях, чтобы определить, из чего состоят эти атмосферы.
Возможно, они также будут содержать некоторые подсказки, ведущие к разгадке этой увлекательной тайны.
Исследование опубликовано в The Astronomical Journal.
