Астрономы обнаружили самые пушистые экзопланеты из когда-либо измеренных 

Фото из открытых источников

На расстоянии более 1000 световых лет обнаружены две планеты с одной из самых низких плотностей, когда-либо измеренных. Хотя подобные «супер-пушистые планеты» наблюдались и раньше, это открытие особенно неожиданно, поскольку обе они вращаются вокруг одной и той же звезды и не отличаются высокой температурой. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Плотность Земли составляет в среднем 5,51 грамма на кубический сантиметр, что с небольшим отрывом от Меркурия делает её самой плотной планетой Солнечной системы. Газовые гиганты гораздо менее плотные, представляя собой скопления газа вокруг относительно небольших твердых ядер: плотность Юпитера составляет 1,33 г/см³, а плотность Сатурна, как известно, ниже плотности воды.

Вполне ожидаемо, что по мере открытия планет, вращающихся вокруг других звезд (экзопланет), диапазон их распространения расширится, но астрономы были потрясены тем, насколько он велик. 

В 2022 году была обнаружена планета с настолько низкой плотностью, что её сравнили с зефиром. Плотность TOI-3757b составляет всего 0,27 г/см³, что менее чем вдвое меньше плотности Сатурна, и она вполне могла бы плавать в вашем горячем шоколаде, если бы вы нашли достаточно большую миску. 

Вселенная только начинала свое существование, однако последующее открытие планет, настолько легких, что они больше походили на сахарную вату (в некоторых странах — на волшебную вату или сахарную вату), стало еще более впечатляющим. 

Хотя мы до конца не понимаем, как эти планеты оказались в таком состоянии, одна из примечательных особенностей заключается в том, что большинство из них вращаются очень близко к своей звезде, и, по-видимому, тепло раздувает их. Это делает по крайней мере один пример загадочным, поскольку его орбита предполагает, что он должен быть, если не холоднее, то, по крайней мере, более похож на Меркурий по температуре, чем другие планеты этого класса, температура которых достигает тысяч градусов.

Система TOI-791 еще больше усугубляет путаницу. Плотность TOI-791b оценивается в 0,038 г/см³, что почти точно соответствует текущему рекордсмену, а плотность TOI-791c составляет 0,047 г/см³, что все еще меньше 1 процента от земной плотности. Хотя обе планеты вращаются ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, и TOI-791 — довольно яркая звезда, ни одна из них не подвергается палящему жару, как другие планеты-сверхпушистые облака. 

Несмотря на это, они являются крупнейшими из когда-либо обнаруженных планет с плотностью ниже 0,05 г/см⁻³. Их массы соответствуют массам каменистых планет, в 2-3 раза шире Земли, а не газовых гигантов с объемом в тысячи раз большим. 

«Известно лишь небольшое количество таких сверхраздутых планет, и еще реже встречаются две такие планеты в одной системе. Их чрезвычайно низкая плотность делает их захватывающими объектами для изучения того, как формируются и развиваются планетные системы», — сказал Джордж Дрэнсфилд из Оксфордского университета. 

Для определения плотности экзопланеты нам необходимо знать её массу, исходя из движения, которое она создаёт своей гравитацией в звезде, и её площадь поверхности, исходя из света, который она блокирует, проходя между звездой и нами. Для некоторых экзопланет у нас есть только один из этих параметров, и мы можем лишь предполагать их плотность.

Однако TOI-791b и c были обнаружены благодаря уменьшению интенсивности звездного света, зафиксированному космическим телескопом TESS при прохождении между нами и их звездой, что впоследствии было подтверждено доплеровским сдвигом в свете TOI-791. Система была сочтена достаточно интересной, чтобы привлечь внимание многих телескопов. 

В частности, антарктический телескоп ASTEP, воспользовавшись южным расположением звезды с нашей точки зрения, зафиксировал все транзиты, длившиеся 11 часов в течение долгой полярной ночи, что позволило повысить точность измерений размеров.

«Эта система представляет собой уникальную лабораторию для изучения того, как формируются и эволюционируют планеты с раздутой атмосферой. Мы предлагаем провести космические наблюдения с помощью телескопа Джеймса Уэбба, чтобы оценить, содержит ли раздутая атмосфера вещества, содержащие углерод, азот и кислород, что позволит получить новые данные о том, как образовались эти необычные планеты», — сказал профессор Амури Трио из Бирмингемского университета.

Наиболее распространенное объяснение существования планет сверхнизкой плотности заключается в том, что они образовались далеко от звезды, где водород и гелий встречаются гораздо чаще, чем более тяжелые элементы, а затем мигрировали внутрь, где тепло раздуло их. Тот факт, что две планеты совершили это путешествие, предполагает, что они, вероятно, сделали это вместе, что подтверждается соотношением периодов обращения 5:3. 

«Эти многопланетные системы сложны, и гравитационное взаимодействие между планетами развивается на протяжении очень длительных периодов времени», — сказал профессор Тристан Гийо из Университета Лазурного берега.

Это может затруднить объяснение процесса формирования, но в то же время сделает его более показательным, если нам это удастся.

Некоторые другие супер-раздутые планеты вращаются вокруг очень молодых звезд и, возможно, все еще сжимаются; авторы утверждают, что возраст TOI-791 неизвестен и может быть важной частью этой головоломки.