Чрезвычайно пушистая экзопланета поставила астрономов в тупик
Одна из самых пушистых экзопланет, которые мы когда-либо находили в галактике Млечный Путь, бросает вызов нашему пониманию того, как формируются планеты-гиганты.
Экзопланета, которая называется WASP-107b, вращается вокруг оранжевой карликовой звезды на расстоянии 211 световых лет от нас, и на момент объявления о ее открытии в 2017 году она уже была известна как одна из экзопланет с самой низкой плотностью. Новый анализ показывает, что планета еще более пухлая, чем думали астрономы.
Это означает, что его ядро намного менее массивно, чем предполагалось изначально, и это открытие может иметь довольно большое значение для исследования экзопланет в целом.
"В этой работе рассматриваются самые основы того, как планеты-гиганты могут формироваться и расти", - сказал астрофизик Бьорн Беннеке из Монреальского университета в Канаде.
"Это является конкретным доказательством того, что массивная аккреция газовой оболочки может быть запущена для ядер, которые намного менее массивны, чем считалось ранее".
Такие планеты с очень низкой плотностью очень редки и необычны. Они размером с газовые гиганты, но их плотность намного, намного ниже. WASP-107b очень пухлый. Экзопланета лишь немного меньше Юпитера, но ее масса меньше 10 процентов от массы Юпитера, в результате чего плотность составляет всего 0,13 грамма на кубический сантиметр.
Экзопланета также находится в опасной близости от своей звезды-хозяина. Его орбитальный период составляет всего 5,7 дней, что настолько близко, что его температура составляет палящие 736 Кельвинов (462 градуса по Цельсию, или 865 градусов по Фаренгейту), а его атмосфера быстро испаряется .
Новое исследование, проведенное физиком Кэролайн Пиаулет из Монреальского университета, впервые позволило уточнить массу WASP-107b, используя четырехлетние наблюдения, проведенные обсерваторией Кека, чтобы измерить, насколько звезда двигалась в ответ на гравитационный буксир орбитальной экзопланеты.
Затем, используя этот новый расчет, команда провела подробный анализ структуры WASP-107b. К своему большому удивлению они обнаружили, что твердое ядро экзопланеты может быть не больше, чем масса Земли примерно в 4,6 раза. Это будет означать, что более 85 процентов массы экзопланеты находится в ее пухлой атмосфере.
Само по себе это не так уж и странно; Считается, что ядро Юпитера составляет от 5 до 15 процентов массы планеты. Но Юпитер в целом массивнее, а значит, и его ядро массивнее. Юпитер также находится намного дальше от своей звезды. Это вызывает массу вопросов.
"Как могла образоваться планета с такой низкой плотностью? И как она удерживала свой огромный слой газа от утечки, особенно учитывая близость планеты к своей звезде?" - сказал Пио.
"Это побудило нас провести тщательный анализ, чтобы определить историю его формирования".
До сих пор наше понимание образования газовых гигантов основывалось главным образом на тех, которые нам легче всего изучить: Сатурн и Юпитер. У них обоих массивные ядра, которые в 10 раз превышают массу Земли, поэтому астрономы думали, что такое массивное ядро было предпосылкой для образования газовых гигантов. Это обеспечит массу, необходимую для запуска неконтролируемой аккреции и быстрого накопления как можно большего количества газа и пыли, прежде чем в протопланетном диске материала, вращающемся вокруг новорожденной звезды, их уже не хватит.
Но в системе WASP-107 есть подсказки, указывающие на возможный маршрут формирования WASP-107b. Его низкая масса ядра могла быть такой же. Дело в том, что экзопланета испаряется, что намекает на то, что ей будет намного труднее сформироваться на ее нынешней близкой орбите.
И есть еще одно открытие, которое сделала команда. В ходе своих долгих наблюдений за звездой они обнаружили свидетельства существования второй экзопланеты - WASP-107c - гораздо дальше, на орбите 1088 дней. Эта орбита также чрезвычайно эксцентрична или имеет овальную форму, что предполагает гравитационное взаимодействие с другим телом - возможно, с младенцем WASP-107b.
"Для WASP-107b наиболее вероятным сценарием является то, что планета сформировалась далеко от звезды, где газ в диске достаточно холодный, чтобы газовая аккреция могла происходить очень быстро", - сказала астроном Ива Ли из Университета Макгилла в Канаде.
"Позже планета смогла переместиться в свое текущее положение либо за счет взаимодействия с диском, либо с другими планетами в системе".
Команда считает, что WASP-107b, возможно, является одним из лучших примеров экзопланеты, которая была очень близка к безудержной аккреции до того, как процесс был прерван, возможно, из-за взаимодействия с WASP-107c, который отбросил ее внутрь к звезде.
Это может сделать ее отличной экзопланетой для изучения того, насколько большим должно быть ядро, чтобы вызвать образование газовых гигантов. Команда планирует повторно посетить WASP-107b с более чувствительными приборами, чтобы помочь разгадать эту тайну.
"Экзопланеты, подобные WASP-107b, не имеющие аналогов в нашей Солнечной системе, позволяют нам лучше понять механизмы образования планет в целом и возникающее в результате разнообразие экзопланет", - сказал Пиауле. "Это побуждает нас изучить их более подробно".
