Астрономы подтвердили открытие первой экзопланеты в приливном захвате

Астрономы подтвердили первый случай открытия экзопланеты, находящейся в приливном захвате у своей звезды. Это лишенная атмосферы суперземля LHS 3844b, синхронно вращающаяся вокруг красного карлика. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Если планета находится на короткопериодной орбите вокруг своей звезды, то приливные силы со стороны светила будут постепенно уравнивать период вращения планеты вокруг своей оси и ее орбитальный период. В итоге они станут равными, что называется приливным захватом или синхронным вращением (яркий пример этого явления — Луна, которая находится в приливном захвате у Земли). Одно полушарие планеты будет всегда обращено к звезде, а на другом будет царить вечная ночь, что сильно влияет на климат и распределение температуры поверхности планеты.

К настоящему моменту ученым известен ряд короткопериодных экзопланет в потенциальном приливном захвате, такие как горячие юпитеры, однако не все из них должны вращаться синхронно, возможно несинхронное или хаотическое вращение или спин-орбитальные резонансы. В качестве примера можно привести Меркурий — долгое время он считался синхронно вращающимся вокруг Солнца, однако данные радиолокационных наблюдений показали, что планета на самом деле находится в спин-орбитальном резонансе 3:2. Это показывает, что о приливном захвате нельзя говорить, опираясь только на модели приливных взаимодействий, нужны данные наблюдений, которые для скалистых экзопланет без атмосферы получить несколько проще, чем для экзогигантов.

Группа астрономов во главе с Синьтун Лю (Xintong Lyu) из Пекинского университета сообщила о первом подтвержденном случае обнаружения синхронного вращения экзопланеты, которой стала суперземля LHS 3844b. Ученые работали с фазовой кривой, показывающей изменение теплового потока от поверхности планеты по мере ее вращения, полученной инфракрасным телескопом «Спитцер», и сравнивали ее с глобальной тепловой моделью для планеты без атмосферы.

LHS 3844b была открыта в 2018 году, она обращается вокруг красного карлика в 48,6 световых годах от Солнца и обладает радиусом 1,32 радиуса Земли. Орбитальный период LHS 3844b составляет 11,1 часа. Ранее у нее не нашли признаков плотной атмосферы — предполагается, что она потеряла газовую оболочку из-за звездных ветров и ультрафиолетового излучения звезды.

Данные «Спитцера» не вписываются в модель спин-орбитального резонанса 3:2, подобного Меркурию, в противном случае приливный нагрев разогрел бы планету гораздо сильнее, идея псевдосинхронного вращения также не подходит. Остается версия приливного захвата с орбитой почти такой же круглой, как у спутника Юпитера Ио.

Однако данные наблюдений требуют либо небольшого приливного нагрева планеты из-за малого, но не нулевого эксцентриситета орбиты из-за наличия дополнительного тела, либо поверхность экзопланеты не представляет собой чистый базальт, а подверглась космическому выветриванию. Вторая идея более предпочтительна, за счет выветривания поверхность суперземли темнеет из-за нанофазных частиц металлического железа и графита, с максимальным обогащением до пяти процентов от общего объема.

Красивым примером орбитальной динамики, которую можно обнаружить в экзопланетных системах, являются цепочки резонансов. Например, как необычно длинная цепочка из шести экзопланет у звезды TOI-178.