Международная группа учёных под руководством Университета Женевы (UNIGE), включая специалистов из Национального центра компетенции в области исследований PlanetS, Университета Уорика и Института астрофизики Канарских островов, приступила к реализации амбициозной программы по составлению карты экзопланет, расположенных в районе «Пустыни Нептуна». Цель — лучше понять формирование и эволюцию планетных систем.
Первые результаты сотрудничества ATREIDES
Это сотрудничество, известное как ATREIDES, представило свои первые результаты с наблюдением планетной системы TOI-421. Анализ этой системы выявил удивительно наклонную орбитальную архитектуру, предлагая новые идеи о хаотической истории этих далёких миров.
Первое исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
Физические механизмы формирования и эволюции планетарных систем
Для ответа на широкий вопрос о физических механизмах, управляющих формированием и эволюцией планетарных систем, учёные под руководством Департамента астрономии UNIGE решили сосредоточиться на определённом классе экзопланет — экзо-Нептунах. Это планеты за пределами нашей Солнечной системы, масса которых примерно в 20 раз превышает массу Земли.
За последнее десятилетие учёные сделали важные открытия о распределении экзопланет. Экзо-Нептуны отсутствуют в регионах, очень близких к звёздам. Однако недавние исследования, в которых участвовал UNIGE, показали, что в районах, расположенных немного дальше от звёзд — в более умеренной области распределения экзопланет, известной как «саванна», — этот тип планет более распространён.
Между саванной и пустыней лежит область, называемая «нептунианским хребтом», где экзо-Нептуны ещё более многочисленны, чем в двух других регионах.
«Сложность нептунианского ландшафта открывает уникальное окно на процессы, участвующие в формировании и эволюции планетарных систем. Это и вдохновило на создание амбициозного научного сотрудничества ATREIDES, основанного, в частности, на крупномасштабной программе наблюдений, которую мы проводим на крупнейших европейских телескопах ESO — VLT, используя самый точный в мире спектрограф ESPRESSO», — объясняет Венсан Бурриер, старший преподаватель и исследователь в Департаменте астрономии на факультете естественных наук UNIGE, главный исследователь программы ATREIDES и ведущий автор первого исследования консорциума.
Программа ATREIDES
Программа ATREIDES фокусируется на экзо-Нептунах для выявления процессов, ответственных за нептунианский хребет, саванну и пустыню, а также для получения более общей информации о формировании и эволюции планет. Учёные планируют использовать ESPRESSO для наблюдения за большим количеством Нептунов и анализа и моделирования данных со всех планет в согласованной и последовательной системе.
Сотрудничество ATREIDES разработано как открытая инициатива международного сообщества и приглашает всех заинтересованных астрономов присоединиться к этому научному проекту по примеру Университета Уорика.
«Мы используем телескопы NGTS, программу наблюдения за экзопланетами, основанную на методе транзитов, для наблюдения за транзитами этих Нептунов и таким образом оптимизируем использование ESPRESSO/VLT. Это позволяет нам получать гораздо более точные измерения и выявлять процессы, такие как звёздные вспышки, которые могут повлиять на данные ESPRESSO», — говорит Дэниел Бейлисс, доцент кафедры физики Университета Уорика.
Первая система, наблюдаемая и проанализированная в рамках ATREIDES, называется TOI-421. В ней две планеты: горячий Нептун TOI-421 c, расположенный в саванне, и меньшая планета ближе к звезде — TOI-421 b. Астрономы смогли проследить хаотическую историю этой системы.
Гипотезы программы ATREIDES
Одна из гипотез программы ATREIDES гласит, что нептунианский ландшафт был сформирован путём миграции этих планет из места их рождения на нынешние орбиты. Некоторые планеты медленно мигрировали на ранних этапах через газовый диск, в котором они сформировались, — процесс, который должен приводить к выровненным орбитам. Другие были бы резко выброшены на свои орбиты гораздо позже в результате хаотического процесса, называемого миграцией с высокой эксцентричностью, что приводит к сильно наклонённым орбитам.
Одной из ключевых переменных в этой гипотезе является выравнивание между экваториальной плоскостью звезды и орбитальной плоскостью каждой планеты. Измерив это выравнивание для TOI-421, учёные смогли показать, что две планеты в системе сильно наклонены, что сильно отличается от нашей Солнечной системы, где планеты выровнены и, следовательно, вращаются почти в экваториальной плоскости нашего Солнца. Это указывает на бурную историю эволюции системы TOI-421 после её формирования.
Анализ TOI-421 — это лишь начало. Он предоставляет ценную информацию учёным, но также, прежде всего, помогает усовершенствовать инструменты анализа и моделирования, разработанные в рамках сотрудничества ATREIDES. Однако для того, чтобы описать эволюцию и формирование планетарных систем, необходимо будет наблюдать и анализировать с такой же тщательностью большое количество планетарных систем с экзо-Нептунами.
«Глубокое понимание механизмов, формирующих нептунианскую пустыню, саванну и хребет, обеспечит лучшее понимание формирования планет в целом… но можно с уверенностью сказать, что во Вселенной есть и другие сюрпризы, которые заставят нас разработать новые теории», — заключает Бурриер.
Предоставлено Университетом Женевы.