Это невозможно! Вся известная нам наука летит в "звезду". Гигантская планета вращается вокруг маленькой звезды

Согласно небулярной гипотезе, звёзды и вращающиеся вокруг них планеты формируются из одного и того же запаса вещества, называемого протопланетной туманностью. Это наиболее общепринятое объяснение того, как формируются планетные системы. Но, несмотря на то, что эта гипотеза способна объяснить многие аспекты формирования планетных систем, у неё остаются некоторые нерешённые проблемы.

Исследования экзопланет и их звёзд часто ставят под сомнение небулярную гипотезу. Исследователи, занимающиеся поиском планет, обнаружили массивные газовые гиганты размером с Юпитер — и даже больше — вращающиеся в непосредственной близости от своих маломассивных звёзд. Некоторые из этих планет находятся ближе к своим маленьким звёздам, чем Меркурий к Солнцу. Как формируются гигантские планеты в таких сценариях — это вопрос, на который небулярная гипотеза не даёт ответа.

Проблема заключается в том, что у звёзд с малой массой протопланетные диски тоже имеют малую массу, а именно в этих дисках содержится материал, из которого формируются планеты. Налицо несоответствие между дисками с малой массой и газовыми гигантами с большой массой. Из простой логики следует, что планеты с большой массой должны формироваться в дисках с большой массой.

Одним из таких газовых гигантов, вращающихся по плотной орбите вокруг звезды с небольшой массой, является TOI-5205b. Он обращается вокруг карликовой звезды класса M, расположенной на расстоянии около 282 световых лет. Это планета с малой орбитой и массой около 1,08 массы Юпитера, которой требуется всего 1,6 дня для полного оборота вокруг звезды. Группа астрономов открыла её в 2023 году на основе данных спутника NASA Transiting Exoplanets Survey Satellite (TESS) и подтвердила открытие с помощью различных наблюдений на других телескопах и приборах.

«TOI-5205b имеет одно из самых высоких отношений масс для планет у карликов класса M — почти 0,3%, поскольку она обращается вокруг звезды-хозяина, масса которой составляет всего 0,392 ± 0,015 массы Солнца, — пишут авторы статьи. — Большая масса TOI-5205b ставит под сомнение традиционные теории формирования планет и соотношения масштабирования дисков, которые не могут легко воссоздать условия, необходимые для образования таких планет».

Теперь многие из тех же исследователей вернулись к изучению TOI-5205b. Они возглавляют программу наблюдений «Уэбба», направленную на экзопланеты, подобные TOI-5205b, под названием GEMS: Giant Exoplanets around M dwarf Stars (Гигантские экзопланеты вокруг звёзд-карликов класса M). GEMS использует «Уэбб» для изучения атмосфер этих планет, и TOI-5205b является основной целью, поскольку её транзит перед звездой очень глубокий.

Новое исследование озаглавлено «GEMS и „Уэбб“: спектроскопия пропускания TOI-5205b выявляет значительное загрязнение звёздной материей и атмосферу с низким содержанием металлов» и опубликовано в журнале The Astronomical Journal. Ведущий автор — Калеб Каньяс. Каньяс — стипендиат постдокторской программы в Центре космических полётов имени Годдарда НАСА.

«Недавние открытия транзитных гигантских экзопланет (Rₚ ≳ 8 R⊕) вокруг карликов класса M дают возможность исследовать состав их атмосфер и изучить, как такие массивные планеты формируются вокруг звёзд с малой массой, вопреки предсказаниям моделей формирования», — пишут исследователи. В их статье представлены первые спектры пропускания TOI-5205b. «Уэбб» зафиксировал три спектра атмосферы планеты, когда она трижды прошла перед своей звездой.

Эти спектры также преподнесли несколько сюрпризов. Атмосфера TOI-5205b имеет более низкую концентрацию металлов (на языке астрономов — элементов тяжелее водорода и гелия), чем у газовых гигантов, таких как Юпитер в нашей Солнечной системе. Её атмосфера также имеет более низкую металличность, чем у её звезды. Это отличает её от любой другой массивной планеты, когда-либо изученной.

В атмосфере экзопланеты также присутствуют метан и сероводород, что не так шокирует, но всё же достаточно важно.

«Характеристика внутренней структуры гигантских планет является важным шагом в улучшении нашего понимания истории их формирования», — объясняют исследователи. «Ключевым свойством гигантской планеты является общая металличность».

Собрав спектральные данные об экзопланете, исследователи обратились к атмосферным моделям, чтобы понять, что эти спектры говорят об общей металличности экзопланеты. Модели показали, что общий состав TOI-5205b почти в 100 раз богаче металлами, чем её атмосфера.

«Мы наблюдали гораздо меньшую металличность, чем предсказывали наши модели для общего состава планеты, который рассчитывается на основе измерений массы и радиуса планеты. Это указывает на то, что тяжёлые элементы мигрировали внутрь во время формирования, и теперь её недра и атмосфера не смешиваются, — пояснил Каньяс. — В целом эти результаты указывают на очень богатую углеродом и бедную кислородом атмосферу планеты».

По сравнению с газовыми гигантами нашей Солнечной системы это очень странная ситуация, хотя у Юпитера и Сатурна тоже не наблюдается смешивания атмосферы с недрами. Химический состав, богатый углеродом и бедный кислородом, предполагает состав, сильно отличающийся от состава её звезды-хозяина. Это может означать, что экзопланета сформировалась в области протопланетного диска, где было много углеродсодержащего льда, но не было водяного льда — основного источника кислорода. Возможно, экзопланета мигрировала по мере своего формирования, собирая различные материалы при прохождении через разные области диска. Это также могло бы объяснить, почему она находится на такой узкой орбите. Или это может означать, что она аккрецировала очень мало каменного или ледяного материала и в основном аккрецировала газ.

В любом случае это ставит под сомнение предсказание небулярной гипотезы о том, что состав газового гиганта в значительной степени соответствует составу его звезды.

Однако исследователи указывают на некоторые оговорки в своих результатах, в основном связанные с активностью звезды, которая может вносить шум в спектры транзита. «Мы предупреждаем, что значительное звёздное загрязнение и отсутствие обнаружения воды могут привести к занижению значений металличности атмосферы, и будущие наблюдения в рамках GO 7683 (Общая программа наблюдений „Уэбба“) помогут подтвердить или опровергнуть эти выводы», — пишут они.

TOI-5205b — одна из семи планет, изучаемых в рамках проекта GEMS. Как только у исследователей появятся подробные данные по всем из них, они смогут лучше понять TOI-5205b в более широком контексте. Они объясняют, что GEMS предоставит «… выборку хорошо охарактеризованных атмосфер тёплых юпитеров, которая (i) обеспечит данные об атмосферной и объёмной металличности, чтобы рассмотреть TOI-5205b в более широком контексте, и (ii) позволит провести сравнение с горячими юпитерами и газовыми гигантами Солнечной системы для изучения потенциальных ограничений на формирование GEMS».

SLY_G