Нептуноподобная экзопланета у красного карлика не вписалась ни в одну из теорий формирования планет

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.