Відкриття гігантської планети ставить під сумнів теорії про формування планет

04 червня 2025 р. 14:05

04 червня 2025 р. 14:05

Зірка TOI-6894, як і багато інших у нашій галактиці, є невеликим червоним карликом і має лише ~20% маси нашого Сонця. Як і багато малих зірок, не очікується, що вона забезпечить відповідні умови для формування та існування великої планети. Однак міжнародна команда астрономів виявила безпомилковий підпис гігантської планети під назвою TOI-6894b, що обертається навколо цієї крихітної зірки. Робота опублікована в Nature Astronomy .

Цю систему було виявлено в рамках масштабного дослідження даних супутника TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), метою якого є пошук планет-гігантів навколо зірок з малою масою. Дослідження проводилося під керівництвом доктора Едварда Брайанта, який виконав цю роботу в Університеті Воріка та в Лабораторії космічних наук Малларда при UCL.

Д-р Едвард Брайант, стипендіат премії Ворвіка з астрофізики та перший автор, сказав: «Я був дуже схвильований цим відкриттям. Спочатку я переглянув спостереження TESS за понад 91 000 червоними карликами з малою масою, шукаючи планети-гіганти».

«Потім, використовуючи спостереження, зроблені за допомогою одного з найбільших телескопів світу, VLT ESO, я відкрив TOI-6894b, гігантську планету, яка проходить повз зірку з найменшою масою, з якої на сьогодні відомо, що на ній є така планета. Ми не очікували, що такі планети, як TOI-6894b, зможуть формуватися навколо зірок такої низької маси. Це відкриття стане наріжним каменем для розуміння крайнощів формування гігантських планет».

Планета (TOI-6894b) — це газовий гігант низької щільності з радіусом трохи більшим за радіус Сатурна, але з масою лише ~50% від маси Сатурна. Зірка (TOI-6894) — це зірочка з найменшою масою, серед якої на сьогодні виявлено транзитну планету-гіганта, і має лише 60% розміру наступної найменшої зірки, на якій знаходиться така планета.

Доктор Деніел Бейлісс, доцент Університету Ворвіка, сказав: «Більшість зірок у нашій галактиці насправді є маленькими зірками, саме такими, як ця, з низькими масами, і раніше вважалося, що вони не можуть містити газових планет-гігантів. Отже, той факт, що ця зірка містить планету-гіганта, має великі наслідки для загальної кількості планет-гігантів, які, за нашими оцінками, існують у нашій галактиці».

Виклик провідній теорії

Доктор Вінсент Ван Ейлен з Лабораторії космічних наук Малларда Університету Лондона сказав: «Це інтригуюче відкриття. Ми насправді не розуміємо, як зірка з такою малою масою може утворити таку масивну планету. Це одна з цілей пошуку більшої кількості екзопланет. Знаходячи планетарні системи, відмінні від нашої Сонячної системи, ми можемо перевірити наші моделі та краще зрозуміти, як утворилася наша власна Сонячна система».

Найбільш поширена теорія формування планет називається теорією акреції ядра. Планетарне ядро ​​спочатку формується шляхом акреції (поступового накопичення матеріалу), і коли ядро ​​стає масивнішим, воно зрештою притягує гази, що утворюють атмосферу. Потім воно стає достатньо масивним, щоб вступити в процес неконтрольованої акреції газу та стати газовим гігантом.

Згідно з цією теорією, формування газових гігантів складніше навколо зірок з малою масою, оскільки кількість газу та пилу в протопланетному диску навколо зірки (сировина для формування планет) занадто обмежена, щоб дозволити сформуватися достатньо масивному ядру та відбутися процесу втечі. Однак існування TOI-6894b (гігантської планети, що обертається навколо зірки з надзвичайно малою масою) свідчить про те, що ця модель не може бути повністю точною, і потрібні альтернативні теорії.

Едвард додав: «Враховуючи масу планети, TOI-6894b могла утворитися в результаті проміжного процесу акреції ядра, в якому протопланета формується та поступово акрецірує газ, не доводячи ядро ​​до достатньої маси для неконтрольованої акреції газу».

«Як варіант, вона могла утворитися через гравітаційно нестабільний диск. У деяких випадках диск, що оточує зірку, стане нестабільним через гравітаційну силу, яку вона чинить на себе. Ці диски можуть потім фрагментуватися, а газ і пил руйнуються, утворюючи планету».

Але команда виявила, що жодна з теорій не може повністю пояснити формування TOI-6894b на основі наявних даних, що залишає походження цієї планети-гіганта відкритим питанням наразі.

Атмосферні відповіді

Один зі способів пролити світло на таємницю формування TOI-6894b — це детальний аналіз атмосфери. Вимірюючи розподіл речовини всередині планети, астрономи можуть визначити розмір і структуру ядра планети, що може підказати нам, чи утворилася TOI-6894b шляхом акреції, чи через нестабільний диск.

Це не єдина цікава особливість атмосфери TOI-6894b; вона надзвичайно холодна для газового гіганта. Більшість газових гігантів, знайдених мисливцями за екзопланетами, — це гарячі Юпітери, масивні газові гіганти з температурою ~1000–2000 Кельвінів. Для порівняння, TOI-6894b має лише 420 Кельвінів. Низька температура поряд з іншими особливостями цієї планети, такими як дуже глибокі транзити, робить її однією з найперспективніших планет-гігантів для астрономів, які можуть охарактеризувати її холодною атмосферою.

Професор Аморі Тріо з Бірмінгемського університету, співавтор і член колаборації SPECULOOS, сказав: «Виходячи з зоряного опромінення TOI-6894b, ми очікуємо, що в атмосфері переважає метан, який надзвичайно рідко ідентифікують. Температури достатньо низькі, щоб спостереження за атмосферою могли навіть показати нам аміак, що було б першим випадком його виявлення в атмосфері екзопланети».

TOI-6894b, ймовірно, є еталоном екзопланети для вивчення атмосфер, де переважає метан, і найкращою «лабораторією» для вивчення планетарної атмосфери, що містить вуглець, азот і кисень, поза межами Сонячної системи. Атмосферу TOI-6894b вже планують досліджувати за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) протягом наступних 12 місяців. Це має дозволити астрономам визначити, яка з можливих теорій, якщо така взагалі є, може пояснити формування цієї несподіваної планети.

Співавтор дослідження доктор Андрес Жордан, дослідник Інституту астрофізики тисячоліття та професор Університету Адольфо Ібаньєса, сказав: «Ця система ставить нові виклики для моделей формування планет і пропонує дуже цікаву ціль для подальших спостережень, щоб охарактеризувати її атмосферу».

«Це відкриття є результатом систематичної програми, яку ми проводимо протягом кількох років у Чилі та Великій Британії. Наші зусилля дозволили нам зробити значний внесок у краще розуміння того, як часто малі зірки можуть утворювати планети-гіганти, і ми забезпечуємо основні цілі для подальшого спостереження за допомогою космічних платформ».

Наука