«Запретная» планета, слишком большая для своей звезды

На основе данных с TESS в ходе поиска была обнаружена планетарная система, содержащая довольно крупную экзопланету — газовый гигант. Согласно существующим теориям, размер газового гиганта слишком велик для орбиты такой маленькой красной карликовой звезды. Эта планета в ее нынешнем виде не должна существовать, это «запретная» планета, но будущие наблюдения с помощью аппарата James Webb могут помочь ученым лучше понять ее.

Спутник НАСА Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), используя транзитный метод, определил множество потенциальных кандидатов в качестве внесолнечных планет. Среди них газовый гигант TOI-5205b, который вращается вокруг небольшого красного карлика TOI-5205.

Теперь группа исследователей под руководством Шубхама Канодиа из Carnegie Science подтвердила планетарную природу этого объекта, охарактеризовав его и изучив с помощью различных земных установок и обсерваторий. При этом они обнаружили, что эта необычная планетарная система состоит из звезды, слишком маленькой, чтобы поддерживать присутствие такой большой планеты, или, скорее, планеты, слишком большой для такой маленькой звезды. Эта система бросает вызов известным до сих пор теориям о газовых гигантах.

Красные карлики, или М-карлики, — самые распространенные звезды в Млечном Пути, они меньше и холоднее нашего Солнца. Из-за своего небольшого размера эти звезды, как правило, в два раза менее горячие, чем Солнце, и гораздо более красные. Они имеют очень низкую светимость, но живут очень долго. И хотя красные карлики в среднем вмещают больше планет, чем другие типы более массивных звезд, история их формирования делает их маловероятными кандидатами для размещения газовых гигантов.

Маленькая звезда с огромной планетой

С другой стороны, TOI-5205, несмотря на то, что она всего лишь в четыре раза больше нашего Юпитера, каким-то образом смогла сформировать планету размером с Юпитер. Это нечто удивительное, невиданное ранее и, безусловно, заслуживающее детального анализа.

Небольшое количество газовых гигантов было обнаружено на орбитах старых красных карликов. Но до сих пор ни один газовый гигант не был обнаружен в планетной системе вокруг маломассивного красного карлика, подобного TOI-5205.

Для наглядного сравнения размеров, на художественном изображении ниже мы видим планету типа Юпитера, вращающуюся вокруг звезды типа Солнца (справа) и звезды типа TOI-5205 (слева). Разница хорошо заметна. Это говорит о том, что когда планета TOI 5205b проходит перед звездой-хозяином, она блокирует около семи процентов ее света! Это один из крупнейших известных транзитов экзопланет.

Планеты рождаются во вращающемся диске из газа и пыли, окружающем молодые звезды, — протопланетном диске. Согласно наиболее принятой на сегодняшний день теории образования газовых гигантов, около 10 масс Земли каменистого материала накапливается для формирования массивного каменистого ядра. Затем в это ядро попадает большое количество газа из соседних областей диска, образуя планету-гигант, которую мы видим сегодня.

Временные рамки, в которые это происходит, имеют решающее значение, ученые уже знали об этом. Однако доказательство существования такой планеты, как TOI-5205b, расширяет наши знания о дисках, в которых рождаются эти планеты. В связи с этим Канодиа пояснил:

«Сначала, если в диске недостаточно каменистого материала для формирования начального ядра, то газовый гигант не может сформироваться. А в конце, если диск испарится до того, как сформируется массивное ядро, то и тогда газовый гигант не сможет образоваться. Однако TOI-5205b сформировалась, несмотря на эти «защитные барьеры». Исходя из нашего нынешнего понимания формирования планет, TOI-5205b не должна существовать. Это «запретная» планета«.

Команда показала, что большая глубина транзита планеты делает ее чрезвычайно благоприятной для будущих наблюдений с помощью аппарата «Джеймс Уэбб», которые могут пролить свет на ее атмосферу и дать некоторые дополнительные подсказки к тайне ее формирования.

Это последующее исследование TESS проводилось на Земле с помощью искателя планет пригодной для жизни зоны (HPF) и спектрографа низкого разрешения (LRS2) на 10-метровом телескопе Хобби-Эберли в Техасе; камеры ARCTIC на 3,5-метровом телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Апач-Пойнт в Нью-Мексико; NN-Explore Exoplanet Stellar Speckle Imager (NESSI), установленный на 3,5 м телескопе WIYN в Аризоне; 0,6 м телескоп Red Buttes Observatory в Вайоминге; 0,3 м телескоп Three Hundred Millimeter Telescope в Чили.