Миры со сверхнизкой плотностью показывают, как формируются планетные системы

Фото из открытых источников

Большинство планетных систем содержат миры, превышающие размеры Земли, но меньшие, чем Нептун, и планеты с низкой плотностью вокруг одной молодой звезды должны помочь нам понять, как формируются такие системы.

Четыре планеты, вращающиеся вокруг недавно родившейся звезды в нашей галактике, настолько лёгкие, что имеют плотность полистирола, и могут стать ключевым недостающим звеном в понимании того, как формируются наиболее распространённые планетные системы.

Эта солнечная система необычна по сравнению с большинством других планетных систем в Млечном Пути, которые обычно содержат планеты, превышающие размеры Земли, но меньшие, чем Нептун. Астрономы обнаружили сотни подобных планетных систем, но почти все они сформировались вокруг звёзд, возраст которых исчисляется миллиардами лет, что затрудняет объяснение их формирования.

Теперь Эрик Петигура из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и его коллеги идентифицировали четыре плотно сгруппированные планеты, которые, по-видимому, сформировались недавно, учитывая, что они вращаются вокруг молодой звезды возрастом 20 миллионов лет, называемой V1298 Tau.

«Мы наблюдаем молодую версию планетной системы, которую мы видим по всей галактике», — говорит Петигура.

V1298 Тау и её четыре планеты были впервые обнаружены в 2017 году, но о самих планетах было мало что известно. Петигура и его команда использовали телескопы в космосе и на Земле для наблюдения за ними в течение пяти лет, ища незначительные вариации во времени, необходимом каждой планете для совершения оборота вокруг звезды и прохождения перед ней из-за гравитационных сил притяжения между четырьмя мирами. Измеряя эти небольшие различия, они смогли более точно рассчитать радиус и массу каждой планеты.

Однако для того, чтобы этот метод работал, им нужно было заранее знать, сколько времени должно потребоваться каждой из четырёх планет для совершения оборота вокруг звезды в отсутствие этих гравитационных сил. У них не было этой информации о самой дальней планете, поэтому им пришлось полагаться на догадки — и если бы их догадки оказались неверными, то все их расчеты потерпели бы крах.

«Честно говоря, я считал это своего рода бессмысленным занятием», — говорит Петигура. «Было так много способов ошибиться… когда мы впервые получили данные о транзите [самой дальней планеты], я чуть не упал со стула; это было похоже на то, как если бы кто-то сделал удар в лунку с первого раза в гольфе».

После того, как они точно измерили периоды обращения всех планет и рассчитали их радиусы и массы, они смогли оценить плотность каждой планеты. Они обнаружили, что эти планеты имеют одну из самых низких плотностей среди всех известных экзопланет, с радиусами от пяти до десяти раз больше земных, но массами лишь в несколько раз больше.

«Эти планеты имеют плотность пенопласта; у них чрезвычайно низкая плотность», — говорит Петигура.

Это происходит потому, что планеты находятся в процессе сжатия под действием гравитации, образуя планеты, радиус которых составляет всего от одного до трех радиусов Земли, так называемые суперземли или субнептуны. Петигура и его команда смоделировали эволюцию планет и обнаружили, что в конечном итоге они превратятся именно в такие планеты.

В 1916 году солдат вернулся из пустыни Сахара с невероятной историей о метеорите, который затмевал все остальные. Более 100 лет поисков не дали результатов, но теперь братья-близнецы считают, что разгадали эту загадку.

Планеты V1298 Тау находятся в так называемом орбитальном резонансе, что означает, что время обращения планет кратно друг другу. Это соответствует представлению астрономов о том, как формируется большинство планетных систем, включая нашу Солнечную систему, говорит Шон Реймонд из Университета Бордо во Франции. Они начинают как переполненные системы с четко выраженными орбитальными резонансами, но затем становятся нестабильными с точки зрения соотношения их периодов. «Обнаруженная система близко расположенных маломассивных планет, вращающихся вокруг очень молодой звезды, представляет собой потенциального предшественника типичной системы, близкой к Нептуну», — говорит Раймонд. «Это открытие поразительно, поскольку очень сложно охарактеризовать такие молодые системы».