Массивная экзопланета заставила переосмыслить теории
Представьте, что вы фермер, ищущий яйца в курятнике, но вместо куриного яйца вы находите страусиное яйцо, намного большее, чем все, что может снести курица. Примерно так почувствовала себя наша команда астрономов, когда в начале этого года мы обнаружили массивную планету, более чем в 13 раз тяжелее Земли, вокруг прохладной тусклой красной звезды, в девять раз менее массивной, чем Солнце Земли. Меньшая звезда, называемая звездой М, не только меньше Солнца в Солнечной системе Земли, но и в 100 раз ярче. Такая звезда не должна иметь в планетообразующем диске необходимого количества материала для рождения такой массивной планеты. За последнее десятилетие наша команда спроектировала и построила в Пенсильванском университете новый прибор, способный обнаруживать свет этих тусклых, холодных звезд на длинах волн, выходящих за пределы чувствительности человеческого глаза, — в ближнем инфракрасном диапазоне, — где такие холодные звезды излучают большую часть света. их свет.
Прикрепленный к 10-метровому телескопу Хобби-Эберли в Западном Техасе наш инструмент, получивший название «Искатель планет обитаемой зоны», может измерять тонкие изменения скорости звезды, когда планета гравитационно притягивает ее. Этот метод, называемый методом доплеровской радиальной скорости, отлично подходит для обнаружения экзопланет. «Экзопланета» представляет собой комбинацию слов «внесолнечная» и «планета», поэтому этот термин применяется к любому телу размером с планету, находящемуся на орбите вокруг звезды, не являющейся Солнцем Земли. Тридцать лет назад доплеровские наблюдения лучевой скорости позволили открыть 51 Пегаси b, первую известную экзопланету, вращающуюся вокруг звезды типа Солнца. В последующие десятилетия такие астрономы, как мы, усовершенствовали эту технику. Эти все более точные измерения преследуют важную цель: обеспечить обнаружение каменистых планет в обитаемых зонах, регионах вокруг звезд, где жидкая вода может поддерживаться на поверхности планеты.
Метод Доплера пока не позволяет обнаруживать планеты обитаемой зоны с массой Земли вокруг звезд размером с Солнце. Но холодные и тусклые звезды М демонстрируют более крупную доплеровскую сигнатуру той же планеты размером с Землю. Меньшая масса звезды приводит к тому, что вращающаяся вокруг нее планета сильнее притягивает ее. А более низкая светимость приводит к более тесной обитаемой зоне и более короткой орбите, что также облегчает обнаружение планеты. Планеты вокруг этих меньших звезд были планетами, которые наша команда разработала для обнаружения с помощью программы поиска планет обитаемой зоны. Наше новое открытие, опубликованное в журнале Science, о массивной планете, вращающейся вокруг прохладной тусклой звезды М LHS 3154 — страусиное яйцо в курятнике — стало настоящим сюрпризом.
Планеты формируются в дисках, состоящих из газа и пыли. Эти диски собирают вместе пылинки, которые превращаются в гальку и в конечном итоге объединяются, образуя твердое ядро планеты. Как только ядро сформировано, планета может гравитационно притягивать твердую пыль, а также окружающий газ, такой как водород и гелий. Но чтобы это сделать, нужно много массы и материалов. Такой способ формирования планет называется аккрецией ядра. Звезда такой малой массы, как LHS 3154, в девять раз менее массивная, чем Солнце, должна иметь планету такой же малой массы, образующую диск. Типичный диск вокруг такой маломассивной звезды просто не должен содержать достаточно твердых материалов или массы, чтобы сделать ядро достаточно тяжелым для создания такой планеты. На основе компьютерного моделирования, проведенного нашей командой, мы пришли к выводу, что такой планете нужен диск как минимум в 10 раз более массивный, чем обычно предполагается на основе прямых наблюдений за формирующими планеты дисками.
Другая теория формирования планет, гравитационная нестабильность, когда газ и пыль в диске подвергаются прямому коллапсу с образованием планеты, также не может объяснить образование такой планеты без очень массивного диска. Холодные, тусклые звезды М — самые распространенные звезды в нашей галактике. В комиксах DC родной мир Супермена, планета Криптон, вращался вокруг карликовой звезды М. Благодаря открытиям, сделанным с помощью системы поиска планет обитаемой зоны и других инструментов, астрономы знают, что планеты-гиганты на близких орбитах вокруг самых массивных звезд M встречаются как минимум в 10 раз реже, чем планеты вокруг звезд, подобных Солнцу. И нам не известно ни о каких таких массивных планетах на близких орбитах вокруг наименее массивных звезд М — до открытия LHS 3154b. Понимание того, как формируются планеты вокруг наших самых холодных соседей, поможет нам понять, как формируются планеты в целом, а также как формируются и развиваются каменистые миры вокруг самых многочисленных типов звезд. Это направление исследований также может помочь астрономам понять, способны ли звезды М поддерживать жизнь.
