Обнаружена планета размером с Юпитер с плотностью выше свинца

Вокруг звезды, находящейся в 730 световых годах от нас, вращается экзопланета размером с Юпитер, но с плотностью, которая поражает воображение. Астрономы определили, что мир, названный TOI-4603b, имеет массу почти 13 Юпитеров.

Это означает, что его плотность почти в 3 раза больше плотности Земли и чуть более чем в 9 раз больше плотности Юпитера. И это действительно мило со своей звездой, с узкой орбитой всего 7,25 дня. Такие характеристики помещает его в небольшую, но важную категорию миров, которые бросают вызов нашему пониманию формирования и эволюции планет. Новое открытие, принятое к публикации в Astronomy & Astrophysics Letters, доступно на сервере препринтов arXiv.

«Это одна из самых массивных и плотных транзитных планет-гигантов, известных на сегодняшний день, — пишет группа астрономов во главе с Аканкшей Хандельвал из Лаборатории физических исследований в Индии, — и ценное дополнение к населению менее пяти массивных планет-гигантов. в планетах-гигантах в перекрывающейся области планет с большой массой и коричневых карликов с малой массой, что в дальнейшем необходимо для понимания процессов, ответственных за их формирование».

Теоретически существует предел массы планеты. Это потому, что выше определенного критического предела температура и давление, воздействующие на ядро, достаточны для запуска ядерного синтеза, процесса столкновений атомов для создания более тяжелых элементов.

Для звезды минимальная масса, при которой начинается этот процесс, составляет около 85 Юпитеров, в этот момент атомы водорода начинают сливаться в гелий.

Считается, что верхний предел массы планеты составляет от 10 до 13 масс Юпитера. А объекты, находящиеся между ними, известны как коричневые карлики. У них недостаточно массы для синтеза водорода; однако их ядра могут плавить дейтерий, тяжелый изотоп водорода, которому не нужно столько тепла и давления.

Звезды формируются сверху вниз, когда плотный комок в молекулярном облаке коллапсирует под действием гравитации, образуя протозвезду. Затем звезда растет, поглощая материал из окружающего ее облака, которое превращается в диск.

Пыль и газ, оставшиеся после этого процесса, образуют планеты, которые начинаются снизу вверх, когда кусочки щебня начинают слипаться, в конечном итоге образуя комки, которые вырастают в планеты.

Считается, что коричневые карлики формируются подобно звездам из скопления молекулярного облака, которое разрушается под действием гравитации. Обычно они находятся на довольно большом расстоянии друг от друга, как минимум, в пять астрономических единиц (а.е.) — это в пять раз больше расстояния между Землей и Солнцем.

Астрономы считают, что они формируются подобно звездам, схлопываясь из комка материала в облаке, и существует замечательная «пустыня» коричневых карликов с близкими орбитами.

TOI-4603b был впервые обнаружен в данных космического телескопа НАСА TESS, занимающегося поиском экзопланет, который изучает участки неба в поисках слабых, регулярных провалов в звездном свете, которые указывают на присутствие экзопланеты на орбите. Данные TESS говорят о том, что планета в 1,042 раза больше радиуса Юпитера и совершает оборот вокруг своей звезды чуть более чем за неделю.

Команда продолжала искать измерения лучевой скорости. Это величина, на которую гравитация экзопланеты перемещает свою звезду-хозяина, поскольку два тела вращаются вокруг общего центра тяжести. Если вы знаете массу звезды, вы можете вычислить массу экзопланеты, посчитав, как быстро движется звезда.

Таким образом исследователи получили массу TOI-4603b, которая в 12,89 раз превышает массу Юпитера. Сочетание этого с радиусом объекта позволило команде получить среднюю плотность 14,1 грамма на кубический сантиметр. Плотность Земли, для контекста, составляет 5,51 грамма на кубический сантиметр. У Юпитера 1,33 грамма на кубический сантиметр. Свинец имеет плотность 11,3 грамма на кубический сантиметр.

Это совсем не странно для коричневого карлика, радиус которого в среднем примерно в 0,83 раза больше радиуса Юпитера; например, один коричневый карлик с радиусом в 0,87 раза больше, чем у Юпитера, имеет массу около 61,6 массы Юпитера. Эти вещи могут стать намного плотнее, чем TOI-4603b.

TOI-4603b соответствует большинству критериев, чтобы быть классифицированным как экзопланета, и именно так ее назвали Хандельвал и ее коллеги. Но он находится прямо на пороге предела массы коричневых карликов, а это означает, что он может быть важным миром для понимания того, как формируются коричневые карлики и планеты-гиганты и как развиваются их отношения со своими звездами.

Например, экзопланета имеет значительно овальную или эксцентричную орбиту, что позволяет предположить, что она все еще находится на ней. У звезды также есть спутник-коричневый карлик, вращающийся на орбите около 1,8 астрономических единиц, который мог гравитационно взаимодействовать с TOI-4603b. Эти подсказки предполагают, что экзопланета мигрирует ближе к звезде из более отдаленного положения.

Подобным объектом является мир под названием HATS-70b, который в 12,9 раза больше массы Юпитера и в 1,384 раза больше его радиуса, менее плотный, чем TOI-4603b, но также близко к своей звезде, а также проявляет признаки миграции.

«Обнаружение таких систем, — пишут исследователи, — даст нам ценную информацию о механизмах управления массивными планетами и улучшит наше понимание их доминирующих механизмов формирования и миграции».