Вчені працюють над моделями формування планет ще до того, як ми дізналися про існування екзопланет. Ці моделі спочатку керувалися властивостями планет у нашій Сонячній системі, і виявилися надзвичайно хорошими для обліку екзопланет, які не мають еквівалентів у нашій Сонячній системі, таких як суперземлі та гарячі Нептуни. Додайте до цього здатність планет рухатися завдяки гравітаційній взаємодії, і зазвичай можна врахувати властивості екзопланет.
Сьогодні велика міжнародна група дослідників оголошує про відкриття чогось, чого наші моделі не можуть пояснити. Це приблизно як Нептун, але в чотири рази більше. Його щільність — набагато вища, ніж у заліза — відповідає тому, що вся планета майже цілковита або має океан, достатньо глибокий, щоб затопити цілі планети. Хоча люди, які його виявили, пропонують дві теорії його утворення, жодна з них малоймовірна.
Дивний незнайомець
Вивчення нової планети почалося так само, як багато хто зараз: вона була визначена як об’єкт інтересу за допомогою супутника Transiting Exoplanet Survey (TOI, від TESS Object of Interest). TOI-1853 — зірка, дещо менша за наше Сонце, з масою приблизно в 0,8 рази. Були явні ознаки існування близької до зірки планети, яка зараз називається TOI-1853 b. Планета обертається близько до своєї головної зірки, завершуючи повний оберт за 1,24 дня.
Дослідники використали цей час, щоб визначити відстань, на яку обертається планета. На основі поєднання цієї відстані, розміру зірки та кількості світла, яке блокує планета, можна оцінити розмір планети. Це приблизно в 3,5 рази більше радіуса Землі, що означає, що він трохи менший за Нептун.
Це саме по собі не є незвичайним. Було відкрито багато планет розміром з Нептун. Але поєднання розмірів і близькості до зірки несподіване. Це поміщає його в так звану «гарячу пустелю Нептуна», де інтенсивне випромінювання від зірки виходить з атмосфери планети. Нептуни, які досягають стану гарячої пустелі, позбавляють їх кам’янистого ядра, роблячи їх суперземлями.
Отже, що робив TOI-1853 b у пустелі? Щоб з’ясувати це, дослідники використовували наземні обсерваторії, щоб відстежувати рух головної зірки, оскільки гравітаційне тяжіння TOI-1853 b змінювалося під час руху по орбіті. Прискорення руху зірки внаслідок цього опору можна використовувати для оцінки маси планети.
Виявляється, TOI-1853 b має багато Від маси. Його маса оцінюється в 73 рази більше маси Землі або більш ніж у чотири рази більше маси Нептуна. Очевидно, це означає, що його склад повинен повністю відрізнятися від складу Нептуна.
Хрустить всередині і зовні?
Дослідники, які брали участь у його відкритті, витрачають чимало тексту, описуючи, наскільки дивним є TOI-1853 b. Існують планети з подібною щільністю, але зазвичай набагато меншою, які є суперземлями, утвореними шляхом видалення планети, схожої на Нептун, з її атмосфери. Існують планети з подібними масами, але приблизно вдвічі більшими, які, ймовірно, мали б велику атмосферу та/або океани. «Він займає область орбітального скупчення [distance] Дослідники прийшли до висновку, що «область гарячих планет, яка раніше була позбавлена тіл, відповідає більш сухому регіону гарячої пустелі Нептуна».
На цьому дивацтва не закінчуються. Є дві комбінації, які мають сенс, враховуючи щільність, яка тут грає. Одна з них полягає в тому, що планета майже повністю складається з кам’янистого матеріалу, як і Земля, з дуже тонкою атмосферою, що становить щонайбільше один відсоток її маси. Альтернативою є те, що маса рівномірно розподілена між скелястим ядром і величезним шаром води.
Звичайно, це не буде вода, яку ми знаємо. Враховуючи його близькість до зірки-господаря та величезний тиск з боку цього великого океану, принаймні частина цієї води перебувала б у надкритичному стані, і тиск поблизу скелястого ядра змусив би воду утворювати тверді речовини під високим тиском. У серці все буде так само дивно. Як зазначають дослідники, «властивості матеріалу при такому високому центральному тиску залишаються невизначеними».
Нам не тільки важко зрозуміти його сьогодення, ми також втрачаємо, коли справа доходить до його минулого. Дрібні частинки пилу з планетоутворюючого диска перестануть накопичуватися до того, як TOI-1853 b досягне своєї поточної маси, оскільки навіть менша планета може порушити диск. Малоймовірно, що він утворився б на своєму нинішньому місці, враховуючи, що тверді речовини там важко конденсуються.
Дві можливості, навряд чи
Дослідники пропонують дві можливості. Одна полягає в тому, що група планетезималей утворилася далі, а потім їхні орбіти дестабілізувались, коли диск поступово випаровувався. Це могло призвести до зіткнень, які розбили кілька планет, уламки яких потім утворили єдине тіло. Але ці процеси, як правило, не утворюють окремих об’єктів, і, ймовірно, знадобиться багато планет, щоб перенести 73% еквівалента земного матеріалу.
Альтернативою є те, що кілька газових гігантів утворилися набагато далі, а потім дестабілізували орбіти один одного, залишивши один дуже ексцентричний, з однією частиною орбіти надзвичайно близькою до головної зірки. Це дозволить йому збирати матеріал з внутрішньої частини планетоутворюючого диска, процес, який може дозволити планеті, схожій на Юпітер, майже подвоїти свою масу. Його максимальна орбіта також дозволить йому перенести свою атмосферу на зірку. Після завершення цих процесів припливна взаємодія між планетою та зіркою з часом зробить її орбіту більш регулярною.
Немає нічого фізично неможливого в жодному з цих можливих механізмів формування, але обидва вимагають серії несподіваних подій. Всесвіт великий, і цілком можливо, що ці події десь відбуваються, але здається нерозумним очікувати, що ми так швидко побачимо їхні наслідки.
Одна річ, яка може допомогти нам зрозуміти походження TOI-1853 b, це наявність інших планет у системі, які можуть допомогти нам зрозуміти, що відбувалося у внутрішніх частинах цієї зовнішньої системи. TOI-1853 b настільки великий і настільки близький, що випромінює потужний сигнал, і нам було б важко виявити будь-які інші планети в цій системі. Дослідники підрахували, що щось таке масивне, як 10 земних, також могло обертатися поблизу зірки, і ми б пропустили це. Постійний зворотний зв’язок може бути ключем до розуміння системи.
Природа, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (Про цифрові ідентифікатори).
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
