Планетная система TOI-6894 в представлении художника / © University of Warwick, Mark Garlick
Звезда TOI-6894 — красный карлик, который в пять раз легче Солнца. Согласно теоретическим моделям, в протопланетном диске столь маломассивных звезд нет достаточно материала, чтобы впоследствии на их орбите сформировался газовый гигант, подобно Юпитеру. Однако международная команда астрономов с помощью наземных телескопов обнаружила несомненные признаки присутствия гигантской планеты вблизи TOI-6894. Открытие ставит под сомнение сложившееся представление о формировании планет.
Аккреционная теория образования планет объясняет, как из газопылевого диска молодой звезды постепенно формируются газовые гиганты. Сперва в этом диске миллионы крошечных пылевых зерен сталкиваются друг с другом, «прилипают» друг к другу благодаря электростатическим силам и образуют микроскопические комочки, которые в свою очередь «сливаются» в крупные зерна.
По мере накопления масса этих зерен растет и они за счет собственной гравитации начинают сильнее притягивать к себе другие частицы. В результате образуются так называемые планетезимали — космические тела диаметром порядка километра. Эти объекты постоянно сталкиваются друг с другом, что приводит к формированию «прото-ядра» будущей планеты.
Когда «прото-ядро» достигает необходимой массы, обычно от 1 до 10 масс Земли, оно оказывается достаточно массивным, чтобы его гравитация интенсивно притягивала вещества из окружающего диска, в том числе и газ. Постепенно будущая планета «обрастает» толстой газовой оболочкой, у нее появляется атмосфера.
Если ядро разрастается еще больше, планета становится массивнее и начинает притягивать газ гораздо быстрее — происходит процесс «бесконтрольного поглощения газа». Объект превращается в газового гиганта.
Согласно этой теории, образование газовых гигантов происходит сложнее вокруг маломассивных звезд — красных карликов. Главная причина — в их протопланетном диске мало газа и пыли, чтобы сформировалось достаточно массивное ядро и произошел процесс аккреции. То есть сырья для образования крупной планеты, наподобие Юпитера, просто не хватает, его достаточно лишь для каменистых миров.
Пример протопланетного диска. Изображение протопланетного диска вокруг звезды HL Тельца, построенное с помощью системы телескопов ALMA / © ESO
Международная команда астрономов под руководством Эдварда Брайанта (Edward Bryant) из Уорикского университета в Великобритании смогла отыскать в глубоком космосе «исключение». Ученые проанализировали данные по 91 тысячи маломассивных красных карликов и на орбите одного из них нашли газового гиганта. Речь о планетной системе, состоящей из красного карлика TOI-6894 и экзопланеты TOI-6894b.
Красного карлика обнаружили во время обработки данных космического телескопа TESS. Затем, используя один из крупнейших в мире наземных оптических телескопов Very Large Telescope Европейской Южной обсерватории, астрономы отыскали на орбите звезды газового гиганта TOI-6894b. Открытие сделано с помощью транзитного метода — способ обнаружения экзопланет, основанный на наблюдении за прохождением экзопланеты на фоне диска родительской звезды.
TOI-6894 — звезда, масса которой составляет 20% от массы Солнца. Это самое маломассивное светило из всех известных на сегодняшний день, на орбите которого когда-либо находили газового гиганта. Размер TOI-6894 составляет всего 60% от следующей по массе звезды с газовым гигантом.
Что касается экзопланеты TOI-6894b, по словам ученых, она представляет собой тело с низкой плотностью. Его радиус немного больше радиуса Сатурна, но при этом масса TOI-6894b составляет 50% массы Сатурна.
TOI-6894b — необычайно холодная для газового гиганта. Большинство газовых гигантов, которые находят ученые, горячие юпитеры. Температура этих объектов обычно варьируется от 700 до 2000 градусов Цельсия. Температура TOI-6894b всего 146 градусов.
«Мы были очень удивлены, когда нашли эту экзопланету. Никто из нас не думал, что такого рода миры могут образовываться вокруг звезд столь маленькой массы», — объяснил Брайант.
По мнению команды Брайанта, историю формирования TOI-6894b невозможно объяснить аккреционной теорией образования планет. Астрономы предложили две гипотезы на этот счет.
Первая предполагает, что объект сформировался в результате медленного процесса аккреции ядра, которое накапливало газ постепенно. Оно не стало настолько большим, чтобы быстро начать притягивать окружающий газ из диска. Планета «росла» за счет равномерного «поглощения» материала.
Вторая гипотеза гласит, что TOI-6894b появилась из-за нестабильности протопланетного диска. Иногда этот диск становится слишком «тяжелым» сам для себя и в некоторых местах собственная гравитация может вызвать его нестабильность. Там диск может давать «трещину», раскалываться на крупные фрагменты, в которых газ и пыль коллапсирует, образуя газового гиганта. То есть планета сразу рождается из одного «отколовшегося большого куска» протопланетного диска.
Однако Брайант и его коллеги выяснили, что на основе имеющихся данных ни одна из этих гипотез не объясняет образование TOI-6894b. Иными словами, происхождение этой гигантской планеты остается загадкой.
Одним из способов пролить свет на бурное прошлое TOI-6894b — подробный анализ ее атмосферы. Измерив распределение вещества внутри планеты, астрономы могут определить размер и структуру ее ядра, что позволит установить, какая из двух предложенных гипотез окажется верной. Такой подробный анализ в течение следующих 12 месяцев проведет космический телескоп «Джеймс Уэбб».
Научная работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Источник: Naked science
