Астрономы обнаружили сверхплотную «суперземлю» с внешним спутником, дающим подсказки о ее формировании

Художественное представление системы K2-360, показывающее сверхплотную суперземлю K2-360 b (красный) на ее чрезвычайно близкой орбите вокруг своей звезды, похожей на Солнце, с более далеким компаньоном K2-360 c (синий) на заднем плане. Палящие температуры на K2-360 b, которая завершает орбиту всего за 21 час, вероятно, приводят к расплавленной или частично расплавленной поверхности. Автор: Astrobiology Center

Международная группа под руководством исследователей из Японии и Европы обнаружила новую многопланетную систему вокруг звезды, похожей на Солнце, включая планету с ультракоротким периодом обращения и одной из самых высоких плотностей, когда-либо измеренных. Результаты, опубликованные в Scientific Reports 8 ноября, проливают новый свет на формирование и эволюцию планет в экстремальных условиях.

Недавно обнаруженная система, названная K2-360, расположена примерно в 750 световых годах от Земли. Она состоит из двух планет, вращающихся вокруг звезды, похожей на наше Солнце:

• K2-360 b: сверхкороткопериодная "суперземля" (каменистая планета больше Земли, но меньше Нептуна), примерно в 1,6 раза больше Земли, обращающаяся вокруг своей звезды каждые 21 час. С массой в 7,7 раз больше массы Земли, это самая плотная хорошо охарактеризованная планета такого рода, обнаруженная на сегодняшний день.
• K2-360 c: Более крупная внешняя планета, по крайней мере в 15 раз массивнее Земли, совершающая оборот каждые 9,8 дней. Эта планета не проходит транзитом вокруг своей звезды, поэтому ее точный размер неизвестен.

«K2-360 b действительно замечательна — она плотная, как свинец, вмещая почти 8 масс Земли в шар, который лишь немного больше нашей планеты», — говорит Джон Ливингстон, ведущий автор исследования из Астробиологического центра в Токио, Япония. «Это делает ее самой плотной из известных планет среди класса планет с «ультракоротким периодом» обращения [с точными параметрами], которые совершают оборот вокруг своих звезд менее чем за день».

Открытие стало возможным благодаря миссии NASA K2, которая впервые обнаружила внутреннюю планету, пролетающую перед своей звездой в 2016 году. Последующие наблюдения с помощью наземных телескопов, включая спектрографы HARPS и HARPS-N, подтвердили природу планеты и выявили наличие внешнего компаньона.

Чрезвычайная плотность K2-360 b позволяет предположить, что это может быть очищенное ядро некогда более крупной планеты, утратившей свои внешние слои из-за интенсивного излучения близлежащей родительской звезды.

«Эта планета дает нам возможность заглянуть в возможную судьбу некоторых близких миров, где после миллиардов лет эволюции сохранились только плотные каменистые ядра», — объясняет соавтор Давиде Гандольфи из Туринского университета.

Внешняя планета, K2-360 c, добавляет системе еще один уровень интриги. Хотя она не проходит мимо своей звезды, ее гравитационное притяжение к звезде-хозяину позволило исследователям измерить ее минимальную массу. Компьютерное моделирование показывает, что она могла сыграть решающую роль в формировании и развитии системы.

В то время как считается, что многие близкие планеты мигрировали внутрь из-за взаимодействия с их родным газовым диском, K2-360 b, вероятно, пошла по другому пути.

«Наши динамические модели указывают на то, что K2-360 c мог подтолкнуть внутреннюю планету на ее нынешнюю узкую орбиту посредством процесса, называемого миграцией с высоким эксцентриситетом», — говорит соавтор Алессандро Трани из Института Нильса Бора.

«Это включает в себя гравитационные взаимодействия, которые сначала делают орбиту внутренней планеты очень эллиптической, прежде чем приливные силы постепенно округляют ее вблизи звезды. С другой стороны, приливная округленность могла быть вызвана наклоном оси вращения планеты».

Анализ команды предполагает, что K2-360 b имеет богатый железом, каменистый состав, более похожий на земной, чем на меркурийский. Используя модели, основанные на наблюдаемых химических содержаниях звезды-хозяина, исследователи оценивают, что K2-360 b, вероятно, имеет большое железное ядро, составляющее около 48% ее массы. Это ставит ее ближе к «супер-Земле», чем к «супер-Меркурию», несмотря на ее экстремальную плотность.

«Наши модели внутренней структуры указывают на то, что K2-360 b, вероятно, имеет существенное железное ядро, окруженное каменистой мантией», — объясняет соавтор Махеш Херат, кандидат наук в Университете Макгилла. «Его поверхность может быть покрыта магмой из-за сильного тепла, которое он получает от своей звезды. Понимание таких планет помогает нам понять, как формируются и развиваются планеты земной группы в разных условиях по всей галактике».

«K2-360 — прекрасная лаборатория для изучения того, как формируются и развиваются планеты в экстремальных условиях», — заключает Ливингстон.

Больше информации: John H. Livingston et al, An ultra-short-period super-Earth with an extremely high density and an outer companion, Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-76490-y

Источник: National Institutes of Natural Sciences