Астрономы нашли две редкие «супер-пуховые» планеты, которые легче сахарной ваты

На этой иллюстрации изображена звезда TOI-791, похожая на Солнце, и две планеты-гиганта, обнаруженные космическим телескопом TESS на её орбите. Эти планеты, обозначенные как TOI-791 b и TOI-791 c, по размеру примерно равны Юпитеру, но составляют ничтожную долю его массы, что означает их чрезвычайно низкую плотность. Credit: NASA/Daniel Rutter

Астрономы обнаружили две самые «пушистые» планеты-гиганта из когда-либо найденных. Их плотность настолько мала, что они легче сахарной ваты. Редкая пара «супер-пуховых» планет была найдена международной командой под руководством Оксфордского университета при участии Университета Лазурного Берега / Обсерватории Лазурного Берега и Бирмингемского университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Недавно подтвержденные планеты, TOI-791 b и TOI-791 c, вращаются вокруг карликовой звезды спектрального класса F7, находящейся примерно в 1110 световых годах от Земли в южном созвездии Летучая Рыба. Хотя каждая из планет по размеру сравнима с Юпитером, обе они необычайно легки для своих габаритов.

Плотность TOI-791 b составляет всего 0,038 грамма на кубический сантиметр, а TOI-791 c — 0,047 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения, средняя плотность Юпитера — 1,33 грамма на кубический сантиметр, что делает его примерно в 28–35 раз плотнее этих новооткрытых миров.

Сравнение становится еще более впечатляющим, если учесть, что типичная плотность сахарной ваты составляет около 0,05 грамма на кубический сантиметр. Плотность Земли, для справки, составляет 5,5 грамма на кубический сантиметр.

Редкие планетные близнецы в гравитационном танце

Ученые полагают, что обе планеты сформировались вместе из одного и того же диска газа и пыли, окружавшего молодую звезду, что делает их планетными «родственниками».

Их также связывает необычное орбитальное расположение, называемое резонансом средних движений 5:3. На каждые пять оборотов внутренней планеты внешняя совершает почти ровно три. Обращаясь вокруг звезды, их гравитация постоянно воздействует друг на друга, создавая небольшие, но измеримые изменения во времени прохождения каждой планеты по диску звезды.

Известно лишь о четырех других планетных системах, содержащих несколько супер-пуховых планет, что делает TOI-791 исключительно редкой возможностью для изучения происхождения и эволюции этих необычных миров.

Ведущий автор исследования доктор Джорджина Дрансфилд (она/ее) (Физический факультет Оксфордского университета и ведущая программы BBC Sky at Night) сказала:

«Известно лишь горстка таких супер-пушистых планет, и найти две в одной системе — еще большая редкость. Их чрезвычайно низкая плотность делает их увлекательными объектами для понимания того, как формируются и эволюционируют планетные системы».

Ученые-любители помогли найти планеты

Волонтеры, участвующие в проекте гражданской науки Planet Hunters TESS, впервые отметили TOI-791 b в 2019 году и TOI-791 c в 2023 году как возможные планеты. Проект изучает наблюдения, собранные космическим телескопом NASA TESS, в поисках признаков ранее неизвестных миров.

Затем исследователи объединили данные измерений с телескопов по всему миру, чтобы определить размеры и массы планет, что позволило им рассчитать их исключительно низкую плотность.

Когда планета проходит перед своей звездой во время «транзита», она блокирует небольшое количество звездного света. Это падение яркости раскрывает размер планеты. В системе TOI-791 астрономы также обнаружили крошечные изменения во времени транзитов, вызванные гравитационным взаимодействием планет. Анализ этих вариаций времени позволил команде оценить массу каждой планеты.

Антарктида сыграла ключевую роль

Открытие стало возможным благодаря восьми годам наблюдений, включая данные с телескопа ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) на станции Конкордия в Антарктиде. Телескопом совместно управляют исследователи из Университета Лазурного Берега / Обсерватории Лазурного Берега и международные партнеры.

Долгие антарктические ночи дали астрономам значительное преимущество. Месяцы непрерывной темноты позволили наблюдать необычно долгие транзиты планет, каждый из которых длился более 11 часов, без перерывов. По словам исследователей, это самые длинные непрерывные планетные транзиты, когда-либо полностью наблюдавшиеся с Земли.

Как формируются супер-пуховые планеты?

Ученые все еще пытаются понять, как развиваются супер-пуховые планеты.

Одно из ведущих объяснений заключается в том, что эти миры обладают огромными атмосферами, богатыми водородом и гелием, которые составляют большую часть их общей массы. Исследователи полагают, что эти толстые газовые оболочки могли образоваться, когда планеты находились гораздо дальше от своей звезды, в более холодных областях протопланетного диска, где газ мог быстро накапливаться вокруг твердого планетного ядра.

Запланированы дальнейшие наблюдения, чтобы лучше понять происхождение этих необычных планет и проверить конкурирующие теории.

Профессор Амори Трио (Бирмингемский университет), главный исследователь проекта ASTEP от Великобритании и соавтор исследования, сказал:

«Эта система представляет собой уникальную лабораторию для понимания того, как формируются и эволюционируют супер-пуховые планеты. Мы предлагаем провести космические наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, чтобы оценить, содержит ли пушистая атмосфера соединения углерода, азота и кислорода, что даст новое понимание того, как образовались эти необычные планеты».

Профессор Тристан Гийо (Университет Лазурного Берега), главный исследователь ASTEP и соавтор исследования, добавил:

«Эти многопланетные системы сложны, с гравитационными взаимодействиями между планетами, которые развиваются в течение очень длительных периодов, десятков лет и более. Это открытие подчеркивает важность продолжения международного сотрудничества в астрономии. Объединение наблюдений из Антарктиды, космических телескопов и обсерваторий на нескольких континентах было необходимо для раскрытия истинной природы этих экстраординарных планет».

Источники:

Материалы предоставлены Оксфордским университетом.