|
Выяснили происхождение странной пары планет
|
|
|
|
В галактике Млечный Путь нечетная пара планет вращается вокруг звезды на расстоянии около 190 световых лет от Земли. Обычно "одинокий" горячий Юпитер делит пространство с мини-Нептуном, образуя редкую и маловероятную пару, которая озадачивала астрономов с момента открытия системы в 2020 году.
|
|
|
|
Теперь ученые Массачусетского технологического института смогли заглянуть в атмосферу мини-Нептуна, который вращается внутри орбиты своего спутника размером с Юпитер, и обнаружили ключи к объяснению происхождения этой необычной планетной системы.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, ученые сообщают о новых измерениях атмосферы мини-Нептуна, выполненных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST). Это первый случай, когда астрономы измерили состав мини-Нептуна, который находится внутри орбиты горячего Юпитера.
|
|
|
|
Их измерения показывают, что у планеты меньшего размера "тяжелая" атмосфера, богатая водяным паром, углекислым газом, диоксидом серы и примесями метана. Планета не приобрела бы такую тяжелую атмосферу, если бы сформировалась в своем нынешнем местоположении, очень близко к своей звезде.
|
|
|
|
Вместо этого ученые говорят, что их находки указывают на альтернативную версию происхождения: и мини-Нептун, и горячий Юпитер, возможно, сформировались гораздо дальше, в более холодной области раннего протопланетного диска системы. Там планеты могли медленно создавать атмосферы, состоящие из льда и других летучих веществ.
|
|
|
|
|
|
|
Со временем планеты, вероятно, постепенно притягивались к звезде, что позволяло им оставаться на близком расстоянии, сохраняя свою атмосферу нетронутой.
|
|
|
|
Результаты работы команды впервые показали, что мини-Нептуны могут образовываться за пределами "линии замерзания" звезды. Эта граница относится к минимальному расстоянию от звезды, где температура достаточно низкая, чтобы вода мгновенно конденсировалась в лед.
|
|
|
|
"Мы впервые наблюдали атмосферу планеты, которая находится внутри орбиты горячего Юпитера", - говорит Саугата Барат, постдок Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института и ведущий автор исследования. "Это измерение говорит нам о том, что этот мини-Нептун действительно сформировался за линией замерзания, подтверждая, что этот канал образования действительно существует".
|
|
|
|
Команда состоит из астрономов со всего мира, включая Эндрю Вандербурга, приглашенного доцента Массачусетского технологического института, и соавторов из множества других учреждений, включая Гарвардский и Смитсоновский астрофизические центры, Университет Южного Квинсленда, Техасский университет в Остине и Лундский университет.
|
|
"Единственная в своем роде" система
|
|
|
|
Как следует из их названия, мини-Нептуны - это планеты, которые менее массивны, чем Нептун. Они считаются газовыми карликами, состоящими в основном из газа, с внутренним каменистым ядром. Мини-Нептуны - наиболее часто встречающиеся планеты в Млечном Пути, хотя, что интересно, в нашей Солнечной системе такого мира не существует.
|
|
|
|
Астрономы наблюдали множество планет, вращающихся вокруг самых разных звезд в самых разных планетных системах. Таким образом, мини-Нептуны, как правило, считаются планетами садового типа.
|
|
|
|
Но в 2020 году Челси Х. Хуан, в то время аспирант Торреса в Массачусетском технологическом институте (в настоящее время работает на факультете в Университете Южного Квинсленда), обнаружила мини-Нептун при редких и загадочных обстоятельствах: планета, казалось, вращалась вокруг своей звезды с маловероятным спутником — горячим Юпитером.
|
|
|
|
Астрономы сделали свое открытие с помощью спутника NASA Transiting Exoplanet Survey (TESS). Они проанализировали полученные TESS измерения TOI-1130, звезды, расположенной в 190 световых годах от Земли, и обнаружили признаки мини-Нептуна и горячего Юпитера, обращающихся вокруг звезды каждые четыре и восемь дней соответственно.
|
|
|
|
"Это была единственная в своем роде система", - говорит Хуан. "Горячие Юпитеры "одиноки", что означает, что на их орбитах нет планет-компаньонов. Они настолько массивны, а их гравитация настолько сильна, что все, что находится внутри их орбиты, просто рассеивается. Но каким-то образом у этого горячего Юпитера выжил внутренний спутник. И это вызывает вопросы о том, как могла сформироваться такая система."
|
|
|
|
Открытие в 2020 году TOI-1130 и ее необычной пары планет вдохновило Хуанга, Вандербурга и их коллег на более пристальное изучение планет и, в частности, их атмосфер с помощью JWST. В своем новом исследовании команда ученых сообщает о результатах анализа TOI-1130b — мини-Нептуна, находящегося на внутренней орбите.
|
|
|
|
Их первой задачей было поймать планету в нужное время. Большинство планет обращаются вокруг своей звезды с регулярным, предсказуемым периодом, похожим на тиканье часов. Но было обнаружено, что мини-Нептун и горячий Юпитер находятся в "резонансе среднего движения", что означает, что каждый из них может влиять на движение другого, притягивая и оттягивая друг друга и слегка изменяя время, необходимое каждому для обращения вокруг своей звезды. Из-за этого было сложно предсказать, когда JWST сможет получить четкое представление.
|
|
|
|
Команда, возглавляемая Джудит Корт из Лундского университета, собрала как можно больше прошлых наблюдений за системой и разработала модель, позволяющую предсказать, когда каждая планета пройдет мимо звезды под углом, который может наблюдать JWST.
|
|
|
|
"Это был сложный прогноз, и мы должны были быть точными", - говорит Барат.
|
|
|
|
В конце концов, команда смогла получить прямой и подробный снимок обеих планет.
|
|
|
|
"Прелесть JWST в том, что он позволяет наблюдать не только в одном цвете, но и в разных цветах или длинах волн", - объясняет Барат. "И конкретные длины волн, которые поглощает планета, могут многое рассказать вам о составе ее атмосферы".
|
|
|
|
В результате измерений, проведенных JWST, команда обнаружила, что планета поглощает волны, характерные для воды, углекислого газа, диоксида серы и, в меньшей степени, метана. Эти молекулы тяжелее водорода и гелия, которые образуют более легкие атмосферы. Астрономы предполагали, что если мини-Нептуны формируются очень близко к своей звезде, то у них должна быть легкая атмосфера.
|
|
|
|
Но новые результаты команды опровергают это предположение и предлагают новый способ формирования мини-нептуновых. Поскольку в атмосфере TOI-1130b, которая находится очень близко к своей звезде, были обнаружены более тяжелые молекулы, ученые говорят, что единственным возможным объяснением ее состава является то, что планета сформировалась гораздо дальше, чем ее нынешнее местоположение.
|
|
|
|
Планета, вероятно, накопила в своей плотной атмосфере воду и другие летучие вещества, такие как углекислый газ и диоксид серы, в ледяной области за линией замерзания звезды. В этой гораздо более холодной среде вода конденсируется на частицы пыли, образуя ледяные камешки, которые молодая планета может втягивать в свою атмосферу. Вода испаряется по мере того, как она медленно приближается к своей звезде.
|
|
|
|
Барат говорит, что обнаружение командой тяжелых молекул в атмосфере TOI-1130b подтверждает, что планета — и, вероятно, ее горячий спутник Юпитер — сформировались на окраинах системы. Благодаря постепенной миграции две планеты смогут находиться близко друг к другу и сохранять свою атмосферу нетронутой.
|
|
|
|
"Эта система представляет собой одну из самых редких архитектур, которые когда-либо находили астрономы", - говорит Барат. "Наблюдения TOI-1130b дают первый намек на то, что такие мини-нептуны, которые формируются за границей вода/лед, действительно присутствуют в природе".
|
|
|
|
Источник
|
