TESS обнаружил рекордно плотный нептун в «пустыне нептунов»
Его происхождение остается загадкой
Астрономы подтвердили открытие новой нептуноподобной экзопланеты, которая оказалась рекордно плотной среди подобных тел. TOI-1853b может представлять собой практически лишенное атмосферы ядро из воды и горных пород, а также попадает в «пустыню нептунов». Статья опубликована в журнале Nature.
Экзопланеты, сравнимые по размерам с Нептуном, могут обладать разным составом и внутренней плотностью в зависимости от эволюционного пути, расстояния до звезды и активности процесса потери атмосферы. Они могут представлять собой тела с твердым ядром и толстой водородно-гелиевой атмосферой, а могут быть планетами, содержащими большое количество воды, демонстрировать обилие горных пород и даже иметь тонкую атмосферу.
Группа астрономов во главе с Луки Напониелло (Luca Naponiello) из Римского университета Тор Вергата сообщила об открытии нового представителя нептуноподобных экзопланет TOI-1853b, который сильно выделяется по своим свойствам от других подобных тел. Первоначально его обнаружил космический телескоп TESS, затем открытие было подтверждено по данным наземных телескопов MuSCAT2, ULMT, SOAR и LCOGT, обсерваторий «Джемини-Север» и Кека, а также спектрографа HARPS-N.
Родительская звезда относится к спектральному классу K2.5 V, она находится в 544 световых годах от Солнца и обладает массой 0,837 массы Солнца и радиусом 0,808 радиуса Солнца. Вокруг нее по орбите с периодом 1,24 дня и длиной большой полуоси 0,0213 астрономической единицы обращается экзопланета с радиусом 3,46 радиуса Земли и массой 73,2 массы Земли. Это дает значение средней объемной плотности в 9,74 граммов на кубический сантиметр, что примерно в шесть раз больше, чем у Нептуна.
Внутренний состав TOI-1853b лучше всего описывается моделью ядра, состоящего из воды и горных пород, лишенного газовой оболочки или обладающего незначительной газовой оболочкой из водорода и гелия. Расчетное характерное давление в недрах экзопланеты может в 50 раз превышать давление на границе ядра и мантии Земли, таким образом, ядро может быть металлическим и окруженным мантией, богатой водой в виде льда или в виде сверхкритического флюида.
TOI-1853b также попадает в центр «пустыни нептунов» — зоны дефицита нептуноподобных короткопериодных экзопланет, происхождение которой остается предметом споров. Объяснить образование такой экзопланеты сложно из-за значительного содержания в ней тяжелых элементов. В частности, ростTOI-1853b только за счет аккреции планетезималей из льда и горных пород кажется малореальным.
Возможно, в системе в прошлом произошло высокоскоростное столкновение между двумя массивными протопланетами, или же TOI-1853b изначально была массивным гигантом с атмосферой, а затем потеряла большую часть массы из-за приливного разрушения вблизи периастра во время орбитальной миграции с высоким эксцентриситетом на раннем этапе жизни системы.
Ранее мы рассказывали о том, как мини-нептун не смог объяснить необычное радиоизлучение от спокойного красного карлика.
Она слишком массивна и короткопериодна
Астрономы обнаружили экзопланету, существование которой не вписывается в стандартные модели формирования планет. LHS 3154b аномально массивная для своей очень маломассивной звезды и находится на короткой орбите вокруг нее. Статья опубликована в журнале Science. Модель формирования планет путем аккреции вещества протопланетного диска на твердое ядро предсказывает, что крупные планеты (массой больше Нептуна) не должны рождаться у маломассивных звезд, что подтверждается данными многочисленных наблюдений. В эту идею укладываются и планетные системы из небольших экзопланет у близких к Солнцу красных карликов. Таким образом, в стандартной теории результат процесса планетообразования сильно зависит от общей массы мелких твердых частиц в диске, а та, в свою очередь, зависит от массы родительской звезды и масштабируется вместе с ней. Однако на данный момент известно несколько кандидатов в массивные планеты, которые не вписываются в модели. Предполагается, что это связано с неопределенностями в моделях, кроме того, в этих случаях может иметь место механизм гравитационной нестабильности внутри массивного газового внешнего диска. Группа астрономов во главе с Гудмундуром Стефанссоном (Guðmundur Stefánsson) из Принстонского университета обнаружила экзопланету, которая не вписывается сразу в обе стандартные теории формирования экзопланет. Наблюдения велись за красным карликом LHS 3154 при помощи спектрографа HPF, установленного на десятиметровом телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Мак-Доналд, в период с 23 января 2020 года по 13 апреля 2022 года. Экзопланета была обнаружена при помощи метода радиальных скоростей. LHS 3154 относится к спектральному типу M6.5, находится в почти 52 световых годах от Солнца, обладает массой 0,111 масс Солнца и характеризуется возрастом пять миллиардов лет. Вокруг нее с периодом 3,71 дня и минимальной массой 13,2 массы Земли вращается экзопланета LHS 3154b. Длина большой полуоси орбиты экзопланеты составляет 0,022 астрономической единицы, а эксцентриситет — 0,076. Происхождение такой системы с очень большим отношением массы короткопериодной планеты к звезде трудно объяснить с помощью моделей аккреции на ядро или гравитационной нестабильности. В последнем случае, если также учитывать возможную миграцию планеты, это требует еще большей массы протопланетного диска, чем для модели аккреции на ядро. Исследователи выделяют три возможных объяснения. Во-первых, большая часть пыли в протопланетных дисках вокруг маломассивных звезд может представлять собой объекты сантиметровых размеров и более, которая может ускользать от обнаружения в миллиметровом диапазоне, что ведет к недоучету общей массы пыли в диске. Во-вторых, диски могут получать большое количество дополнительного вещества из окружающего молекулярного облака. Наконец, в-третьих, ядра протопланет могут формироваться в течение миллиона лет после формирования протозвезды, когда протопланетный диск более массивный. Ранее мы рассказывали о том, как обсерватория Кека напрямую рассмотрела экзогиганта.
