|
Как образуются суперземли и субнептуны
|
|
|
|
Благодаря открытию тысяч экзопланет на сегодняшний день мы знаем, что планеты, которые больше Земли, но меньше Нептуна, вращаются вокруг большинства звезд. Как ни странно, у нашего Солнца нет такой планеты. Это стало источником разочарования для ученых-планетологов, которые не могут изучить их так подробно, как им хотелось бы, что оставляет один большой вопрос: как образовались эти планеты?
|
|
|
|
Теперь мы знаем ответ.
|
|
|
|
Международная команда астрофизиков из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и других стран стала свидетелями того, как четыре молодые планеты в системе V1298 Тау в процессе превращения в суперземли и Субнептуны. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
|
|
|
|
"Это напоминает мне знаменитую окаменелость "Люси", одного из наших предков-гоминидов, который жил 3 миллиона лет назад и был одним из "недостающих звеньев" между обезьянами и людьми", - сказал профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и второй автор Эрик Петигура.
|
|
|
|
"V1298 Tau является важнейшим связующим звеном между туманностями, образующими звезды и планеты, которые мы видим по всему небу, и зрелыми планетными системами, которые мы уже открыли тысячами".
|
|
Как образуются планеты
|
|
|
|
Планеты образуются, когда облако газа и пыли, называемое туманностью, сжимается под действием силы тяжести в молодую звезду и вращающийся материальный диск, называемый протопланетным диском.
|
|
|
|
|
|
|
Планеты формируются из этого газового диска, но это сложный процесс. Существует множество способов, которыми планета может увеличиваться или уменьшаться в размерах в период своего зарождения — в течение нескольких сотен миллионов лет. Это привело к возникновению серьезных вопросов о том, почему так много зрелых планет были размером от Земли до Нептуна.
|
|
|
|
Возраст звезды V1298 Tau составляет всего около 20 миллионов лет по сравнению с нашим солнцем, возраст которого составляет 4,5 миллиарда лет. В человеческих терминах это эквивалентно возрасту 5-месячного младенца. Вокруг звезды вращаются четыре гигантские, быстро развивающиеся планеты размером с Нептун и Юпитер, но, в отличие от растущих младенцев, новое исследование показывает, что эти планеты уменьшаются в размерах и неуклонно теряют свою атмосферу. Петигура и его соавтор Тревор Дэвид из Института Флэтайрона возглавляли команду, которая впервые обнаружила планеты в 2019 году.
|
|
|
|
"Самое интересное, что мы видим предварительный просмотр того, что станет самой обычной планетной системой", - сказал Джон Ливингстон, ведущий автор исследования из Астробиологического центра в Токио, Япония.
|
|
|
|
"Четыре планеты, которые мы изучали, скорее всего, превратятся в "суперземли" и "субнептуны" - наиболее распространенные типы планет в нашей галактике, но у нас никогда не было такого четкого представления о них в годы их становления".
|
|
Наблюдения, догадки и удача приводят к большому открытию
|
|
|
|
Команда ученых сделала это открытие, наблюдая за прохождением планет вокруг своей звезды с помощью сети наземных и космических телескопов в течение почти десяти лет. Транзит - это когда планета проходит перед своей звездой, слегка затемняя ее.
|
|
|
|
Отслеживая прохождение объекта во времени, ученые определяют траекторию и время выхода объекта на орбиту. Изучая детали прохождения всех планет в системе, ученые могут многое узнать о том, из чего состоят планеты и как они взаимодействуют друг с другом.
|
|
|
|
Но система V1298 Tau не облегчила задачу. На самом деле, команда вообще не сделала бы своего открытия, если бы не следование интуиции и удача.
|
|
|
|
"У нас было два прохода к самой удаленной планете, разделенных несколькими годами, и мы знали, что многое пропустили в промежутке. Были сотни возможностей, которые мы исключили, запустив компьютерные модели и сделав обоснованные предположения", - сказал Петигура.
|
|
|
|
Ответ пришел, как это часто бывает в новостях. На экране Петигуры появилось сообщение из Ливингстона: "Привет, мы получили это с земли!"
|
|
|
|
Ливингстон с помощью наземного телескопа зафиксировал еще одно прохождение неуловимой самой удаленной планеты, зафиксировав период ее обращения по орбите.
|
|
|
|
"Я не мог в это поверить! Сроки были настолько неопределенными, что я думал, нам придется повторить попытку по меньшей мере полдюжины раз. Это было все равно, что попасть в одну лунку в гольфе", - сказал Петигура.
|
|
|
|
"По мере продвижения вперед работа становилась все более и более увлекательной", - сказал Ливингстон, получивший степень бакалавра по астрофизике в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. "Нам почти пришлось прибегнуть к грубой силе, чтобы разгадать тайну внешней планеты, но все получилось с первой попытки".
|
|
|
|
После того, как они разобрались с формами и временем движения орбит четырех планет, исследователи смогли понять, как планеты притягиваются друг к другу под действием силы тяжести, иногда замедляясь, а иногда ускоряясь, что приводит к транзитам, которые иногда происходят рано, а иногда поздно. Эти изменения в перемещении и времени позволили команде впервые измерить массы всех четырех планет, что сродни их взвешиванию.
|
|
|
|
Шокирующий результат? Несмотря на то, что радиус планет в пять-10 раз превышал радиус Земли, их масса всего в пять-15 раз превышала земную. Это означает, что они имеют очень низкую плотность, сравнимую с пенопластом, в то время как Земля имеет плотность камня.
|
|
|
|
"Необычно большие радиусы молодых планет привели к гипотезе о том, что они имеют очень низкую плотность, но это никогда не измерялось", - сказал Тревор Дэвид, соавтор из Института Флэтайрона, который руководил первоначальным открытием системы в 2019 году.
|
|
|
|
"Впервые взвесив эти планеты, мы получили первое наблюдательное доказательство. Они действительно исключительно "пухлые", что дает нам важнейший, долгожданный ориентир для теорий эволюции планет".
|
|
|
|
"Наши измерения показали, что они невероятно легкие — это одни из наименее плотных планет, когда-либо найденных. Это важный шаг, который превращает давнюю теорию о том, как планеты созревают, в наблюдаемую реальность", - сказал Ливингстон.
|
|
|
|
Измерение масс и размеров планет в критический момент их развития помогает астрономам понять, как они эволюционируют с течением времени. Планеты V1298 уже потеряли значительное количество своих верхних газовых слоев, и им суждено потерять еще больше.
|
|
|
|
"Эти планеты уже претерпели драматическую трансформацию, быстро потеряв большую часть своей первоначальной атмосферы и охлаждаясь быстрее, чем мы ожидали бы от стандартных моделей", - сказал Джеймс Оуэн, соавтор из Имперского колледжа Лондона, который руководил теоретическим моделированием.
|
|
|
|
"Но они все еще эволюционируют. В течение следующих нескольких миллиардов лет они будут продолжать терять свою атмосферу и значительно сжиматься, превращаясь в компактные системы суперземель и субнептуновых объектов, которые мы видим по всей галактике".
|
|
|
|
Источник
|
