Наблюдения показывают, что не все горячие Юпитеры вращаются в одиночку

Система WASP-132 содержит горячий Юпитер (на переднем плане), внутреннюю сверхземлю (здесь она проходит перед оранжевой звездой-хозяином) и планету WASP-132d, обнаруженную за пределами системы. Автор: Тибо Роже из Женевского университета

Первоначально было известно, что горячие Юпитеры - это планеты-гиганты, которые вращаются вокруг своей звезды в одиночку. Считалось, что во время своего перемещения к своей звезде эти планеты присоединяются к другим планетам или выбрасывают их из себя. Однако недавние наблюдения опровергли эту парадигму, и окончательный удар может нанести новое исследование, проведенное Женевским университетом (UNIGE).

Эти результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Горячие Юпитеры - это планеты с массой, близкой к массе Юпитера, но обращающиеся по орбите близко к своей звезде, на гораздо меньшем расстоянии, чем Меркурий от Солнца. Этим планетам-гигантам трудно сформироваться там, где они наблюдаются, потому что вблизи звезды недостаточно газа и пыли. Следовательно, они должны образовываться вдали от нее и мигрировать по мере развития планетной системы.

До недавнего времени астрономы наблюдали, что горячие Юпитеры вращаются вокруг своей звезды изолированно и поблизости от них нет других планет. Это наблюдение казалось тем более убедительным, что существовала теория, объясняющая его. Процессы, связанные с миграцией планет-гигантов к их звезде, приводят к аккреции или выбросу любых планет, находящихся на внутренней орбите. Но недавние наблюдения предполагают другие сценарии.

Команда, возглавляемая кафедрой астрономии научного факультета UNIGE, в партнерстве с UNIBE и UZH, в рамках NCCR PlanetS, а также с другими международными институтами, такими как Университет Уорика, только что подтвердила эту тенденцию.

Ученые обнаружили существование многопланетной системы, состоящей из Горячего Юпитера, внутренней Суперземли (еще ближе к звезде, чем горячий Юпитер) и внешней массивной планеты-гиганта (гораздо дальше от звезды, чем Горячий Юпитер). Если горячие Юпитеры не всегда одиноки в своей планетной системе, то процесс их миграции должен отличаться, чтобы сохранить архитектуру системы.

Уникальная многопланетная система

Система WASP-132 - это уникальная многопланетная система. В нем есть Горячий Юпитер, который обращается вокруг своей звезды за семь дней и три часа; Суперземля (каменистая планета, масса которой в шесть раз превышает массу Земли), которая обращается вокруг звезды всего за 24 часа и 17 минут; и планета-гигант (масса которой в пять раз превышает массу Юпитера), которая вращается вокруг звезды-хозяина звезда через пять лет.

Кроме того, гораздо более массивный компаньон, вероятно, коричневый карлик (небесное тело, масса которого находится между планетой и звездой), вращается на очень большом расстоянии.

"Система WASP-132 является замечательной лабораторией для изучения формирования и эволюции многопланетных систем. Открытие горячего Юпитера рядом с внутренней Суперземлей и далекой планетой-гигантом ставит под сомнение наше понимание формирования и эволюции этих систем", - говорит Франсуа Буши, доцент кафедры астрономии научного факультета UNIGE и соавтор исследования.

«Мы впервые наблюдаем подобную конфигурацию», - добавляет Солен Ульмер-Молл, научный сотрудник UNIGE и UNIBE, работавший на момент проведения исследования, и соавтор статьи.

18 лет наблюдений.

Для экзопланетологов история звезды WASP-132 началась в 2006 году в рамках программы широкоугольного поиска планет (WASP).

В 2012 году в результате более чем 23 000 фотометрических измерений была выявлена планета-кандидат WASP-132b, радиус которой в 0,87 раза превышает радиус Юпитера, а период обращения вокруг нее составляет 7,1 суток.

В 2014 году спектрограф CORALIE, установленный на швейцарском телескопе Euler и возглавляемый UNIGE, начал кампанию по наблюдению за этим кандидатом.

В 2016 году было подтверждено существование WASP-132b, и ее масса, согласно измерениям, составила 0,41 массы Юпитера. Кроме того, измерения КОРАЛИ указывают на присутствие еще одной планеты-гиганта с очень долгим периодом обращения.

Вращаясь вокруг той же звезды, в конце 2021 года космический телескоп TESS зафиксировал сигнал от транзитной Сверхземли диаметром 1,8 радиуса Земли и периодом обращения всего 1,01 дня.

В первой половине 2022 года спектрограф HARPS в обсерватории Ла Силья измерил массу этой Сверхземли, которая в шесть раз превышает массу Земли, в рамках программы, возглавляемой Дэвидом Армстронгом из Университета Уорика.

«Обнаружение внутренней части Суперземли было особенно захватывающим», - объясняет Нолан Гривз, научный сотрудник отделения астрономии научного факультета UNIGE на момент проведения исследования и первый автор статьи.

"Нам пришлось провести интенсивную кампанию с использованием HARPS и оптимизированной обработки сигналов, чтобы охарактеризовать ее массу, плотность и состав, выявив планету с плотностью, подобной Земной".

Однако наблюдения за WASP-132 еще не закончены, поскольку спутник Gaia Европейского космического агентства (ЕКА) с 2014 года измеряет незначительные изменения в расположении звезд с целью выявления их планетарных спутников и внешних коричневых карликов.

Новое понимание формирования планет

Открытие внешней холодной планеты-гиганта и внутренней Суперземли добавляет еще один уровень сложности системе WASP-132. Стандартная гипотеза о миграции Горячего Юпитера в результате динамического возмущения вглубь планеты не выдерживает критики, поскольку это привело бы к дестабилизации орбит двух других планет.

Напротив, их присутствие предполагает более стабильную и динамично «охлаждающую» траекторию миграции горячего Юпитера по протопланетному диску, сохраняющую его соседей.

Сочетание точных измерений радиуса и массы также позволило определить плотность и внутренний состав планет. На горячем Юпитере WASP-132b обнаружено обогащение тяжелыми элементами примерно в 17 масс Земли, что согласуется с моделями формирования газовых гигантов. Состав Суперземли, в котором преобладают металлы и силикаты, довольно близок к составу Земли.

"Сочетание горячего Юпитера, внутренней Суперземли и внешней планеты-гиганта в одной системе накладывает важные ограничения на теории формирования планет и, в частности, на процессы их миграции", - заключает Равит Хеллед, профессор Калифорнийского университета в Сан-Франциско и соавтор исследования.

"WASP-132 демонстрирует разнообразие и сложность многопланетных систем, подчеркивая необходимость очень длительных и высокоточных наблюдений".

Большая информация: Открытие холодной планеты-гиганта и измерение массы горячей суперземли в многопланетной системе WASP-132, Астрономия и астрофизика (2025). ДОИ: 10.1051/0004-6361/202348177

Источник: University of Geneva