Звезда TOI-6894 — это небольшой красный карлик, масса которого составляет около 20% от массы нашего Солнца. Такие маленькие звёзды не считаются подходящими для формирования крупных планет.
Однако международная группа астрономов обнаружила явные признаки гигантской планеты, названной TOI-6894b, вращающейся вокруг этой крошечной звезды. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Это открытие стало результатом масштабного исследования данных спутника TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), в ходе которого искали гигантские планеты вокруг маломассивных звёзд. Руководил исследованием доктор Эдвард Брайант, который выполнил эту работу в Уорикском университете и в Лаборатории космических наук Мулларда при Университетском колледже Лондона.
Доктор Эдвард Брайант, научный сотрудник премии по астрофизике в Уорике и первый автор исследования, сказал: «Я был очень взволнован этим открытием. Изначально я изучал наблюдения TESS более чем 91 000 маломассивных красных карликов в поисках гигантских планет».
«Затем, используя наблюдения, сделанные с помощью одного из крупнейших в мире телескопов ESO VLT, я обнаружил TOI-6894b — гигантскую планету, проходящую транзитом по звезде с наименьшей массой, известной на сегодняшний день, для размещения такой планеты. Мы не ожидали, что планеты, подобные TOI-6894b, смогут сформироваться вокруг таких маломассивных звёзд. Это открытие станет краеугольным камнем для понимания крайностей формирования гигантских планет».
Планета TOI-6894b — это газовый гигант с низкой плотностью, радиус которого немного больше, чем у Сатурна, но масса составляет лишь около 50% от массы Сатурна. Звезда TOI-6894 — это звезда с наименьшей массой, у которой обнаружена транзитная гигантская планета, и её размер составляет всего 60% от размера следующей по величине звезды, у которой есть такая планета.
Доктор Дэниел Бейлисс, доцент Уорикского университета, сказал: «Большинство звёзд в нашей галактике — это именно такие маленькие звёзды с низкой массой, которые, как считалось ранее, не способны размещать газовые гиганты. Таким образом, тот факт, что у этой звезды есть гигантская планета, имеет большое значение для оценки общего числа гигантских планет, которые, по нашим оценкам, существуют в нашей галактике».
Доктор Винсент Ван Эйлен из Лаборатории космических наук Мулларда при Университетском колледже Лондона сказал: «Это интригующее открытие. Мы не понимаем, как звезда с такой малой массой может сформировать такую массивную планету. Это одна из целей поиска новых экзопланет. Находя планетарные системы, отличные от нашей Солнечной системы, мы можем проверить наши модели и лучше понять, как сформировалась наша собственная Солнечная система».
Теория формирования планет
Наиболее распространённая теория формирования планет называется теорией аккреции ядра. Сначала формируется планетарное ядро путём аккреции (постепенного накопления материала), и по мере увеличения массы ядра оно в конечном итоге притягивает газы, которые формируют атмосферу. Затем ядро становится достаточно массивным, чтобы запустить процесс аккреции газа, и становится газовым гигантом.
В этой теории формирование газовых гигантов вокруг маломассивных звёзд затруднено, поскольку количество газа и пыли в протопланетном диске вокруг звезды (сырьё для формирования планет) слишком ограничено, чтобы позволить сформироваться достаточно массивному ядру и запустить процесс аккреции газа.
Однако существование TOI-6894b (гигантской планеты, вращающейся вокруг чрезвычайно маломассивной звезды) предполагает, что эта модель не может быть полностью точной, и необходимы альтернативные теории.
Эдвард добавил: «Учитывая массу планеты, TOI-6894b могла сформироваться в результате промежуточного процесса аккреции ядра, при котором протопланета формируется и постепенно накапливает газ без того, чтобы ядро стало достаточно массивным для аккреции газа в ускоренном режиме».
«В качестве альтернативы она могла сформироваться из-за гравитационно нестабильного диска. В некоторых случаях диск, окружающий звезду, становится нестабильным из-за гравитационной силы, которую он оказывает на себя. Эти диски могут фрагментироваться, а газ и пыль коллапсируют, образуя планету».
Но команда обнаружила, что ни одна из теорий не может полностью объяснить формирование TOI-6894b на основе имеющихся данных, что оставляет происхождение этой гигантской планеты открытым вопросом.
Один из способов пролить свет на тайну формирования TOI-6894b — это детальный атмосферный анализ. Измеряя распределение материала внутри планеты, астрономы могут определить размер и структуру ядра планеты, что позволит нам узнать, сформировалась ли TOI-6894b путём аккреции или через нестабильный диск.
Особенности атмосферы TOI-6894b
Атмосфера TOI-6894b имеет необычную температуру для газового гиганта. Большинство газовых гигантов, обнаруженных охотниками за экзопланетами, — это горячие юпитеры, массивные газовые гиганты с температурой около 1 000–2 000 Кельвин. TOI-6894b, для сравнения, имеет температуру всего 420 Кельвин.
Профессор Амори Тридо, Университет Бирмингема, соавтор и участник коллаборации SPECULOOS, сказал: «Основываясь на звёздном облучении TOI-6894b, мы ожидаем, что в атмосфере преобладает метановая химия, которую чрезвычайно редко удаётся идентифицировать. Температуры достаточно низкие, чтобы наблюдения за атмосферой могли даже показать нам аммиак, который будет впервые обнаружен в атмосфере экзопланеты».
«TOI-6894b, вероятно, представляет собой эталонную экзопланету для изучения атмосфер, в которых преобладает метан, и лучшую «лабораторию» для изучения атмосферы планеты, содержащей углерод, азот и кислород за пределами Солнечной системы».
Атмосфера TOI-6894b уже запланирована к наблюдению с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) в течение следующих 12 месяцев. Это должно позволить астрономам определить, какая из возможных теорий, если таковая имеется, может объяснить формирование этой неожиданной планеты.
Соавтор доктор Андрес Джордан, исследователь в Институте астрофизики тысячелетия и профессор в Университете Адольфо Ибаньеса, сказал: «Эта система представляет собой новый вызов для моделей формирования планет и предлагает очень интересную цель для последующих наблюдений за её атмосферой».
«Это открытие — результат систематической программы, которую мы проводим в течение нескольких лет в Чили и Великобритании. Наши усилия позволили нам внести значительный вклад в лучшее понимание того, как часто маленькие звёзды могут формировать гигантские планеты, и мы предоставляем первоклассные цели для последующих наблюдений с помощью космических платформ».
Предоставлено:
Университет Уорика