Массивная экзопланета, вращающаяся вокруг маленькой звезды, переворачивает теории формирования планет

Си-Эн-Эн

—

Астрономы ставят под сомнение теории формирования планет после открытия экзопланеты, которая технически не должна существовать.

Планета, масса которой примерно равна массе Нептуна и более чем в 13 раз массивнее Земли, была обнаружена на орбите ультрахолодной звезды М-карлика под названием LHS 3154, которая в девять раз менее массивна, чем наше Солнце. Звезда М-карлик — самый маленький и самый холодный тип звезд.

Планета, получившая название LHS 3154b, вращается вокруг звезды, совершая один оборот каждые 3,7 земных дня, что делает ее самой массивной из известных планет на близкой орбите вокруг одной из самых холодных и маломассивных звезд во Вселенной, согласно новому исследованию. Исследование опубликовано в четверг в журнале Science . Это переворачивает понимание учёными формирования планетных систем.

«Это открытие действительно подчеркивает, насколько мало мы знаем о Вселенной», — сказал в своем заявлении соавтор исследования Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики Верна М. Уилламана в Пенсильванском университете. «Мы не ожидали, что вокруг такой маломассивной звезды будет существовать такая тяжелая планета».

Звезды формируются из больших облаков газа и пыли, а оставшийся материал создает диск вокруг звезды, где позже рождаются планеты. Количество материала, присутствующего в дисках вокруг звезд, определяет, насколько массивными могут быть планеты, образующиеся вокруг них. А материал диска во многом зависит от массы звезды.

Например, маленькие звезды-карлики M являются наиболее распространенными во всей галактике Млечный Путь, и вокруг них обычно вращаются небольшие скалистые планеты, а не газовые планеты-гиганты.

«Ожидается, что диск, образующий планету вокруг маломассивной звезды LHS 3154, не будет иметь достаточно твердой массы для создания этой планеты», — сказал Махадеван. «Но он существует, поэтому теперь нам нужно пересмотреть наше понимание того, как формируются планеты и звезды».

Обитаемая зона

Планета вращается вокруг звезды на расстоянии около 51 светового года от Солнца и была обнаружена с помощью программы поиска планет обитаемой зоны, или HPF, установленной на телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Макдональд в Техасе.

Группа ученых под руководством Махадевана построила HPF, который был разработан для обнаружения планет, вращающихся вокруг обитаемой зоны маленьких холодных звезд. Обитаемая зона находится на правильном расстоянии от звезды, где планета достаточно теплая, чтобы поддерживать жидкую воду на ее поверхности и потенциально поддерживать жизнь.

Более низкая температура поверхности маленьких звезд означает, что планеты могут вращаться вокруг них гораздо ближе и при этом сохранять на своих поверхностях хрупкие элементы, такие как вода. А поскольку планеты вращаются вокруг своих звезд близко, гравитационное притяжение между обоими телами создает заметное колебание, которое HPF может обнаружить в инфракрасном свете.

«Думайте об этом так, будто звезда — это костер. Чем больше огонь остывает, тем ближе вам нужно подойти к нему, чтобы согреться», — сказал Махадеван. «То же самое верно и для планет. Если звезда холоднее, то планета должна быть ближе к этой звезде, чтобы она была достаточно теплой, чтобы содержать жидкую воду. Если орбита планеты находится достаточно близко к своей ультрахолодной звезде, мы можем обнаружить это, увидев очень тонкое изменение цвета спектра или света звезды, когда ее притягивает вращающаяся вокруг планеты».

Планетарная головоломка

По словам соавтора исследования Меган Деламер, аспиранта астрономии, на основе моделирования и анализа исследовательская группа полагает, что у планеты есть тяжелое ядро, для которого в диске, формирующем планету, потребовалось бы больше твердого материала, чем, вероятно, присутствовало вокруг звезды. В Пенсильванском университете.

По оценкам исследователей, количество пыли в диске должно быть как минимум в 10 раз больше, чем обычно содержится в дисках вокруг звезд малой массы.

«Наши нынешние теории формирования планет не могут объяснить то, что мы видим», — сказал Деламер в своем заявлении. «Основываясь на текущих исследованиях с помощью HPF и других инструментов, объект, подобный тому, который мы обнаружили, вероятно, чрезвычайно редок, поэтому его обнаружение было действительно захватывающим».

Было обнаружено несколько массивных планет, вращающихся вокруг звезд малой массы, таких как планета GJ 3512 b, открытая в 2019 году, но периоды их обращения намного длиннее, и планеты не вращаются вокруг своих звезд не так близко.

«То, что мы обнаружили, представляет собой экстремальный пример проверки для всех существующих теорий формирования планет», — сказал Махадеван. «Именно для этого мы создали HPF: выяснить, как наиболее распространенные звезды в нашей галактике образуют планеты, и найти эти планеты».