Космос безладний. Іноді він порушує правила.
Дві нові планети, TOI-791 b і c, щойно розбили всі очікування щодо того, як може виглядати гігантський світ. Це “супер-пухи” – не просто повітряні, а неймовірно легкі. Їхня щільність менша, ніж у ватної кулі, яку продають на ярмарках штатів.
Їх виявили міжнародні вчені на чолі з Оксфордським університетом. Результати опубліковані в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Це не просто чергова екзопланета. Це шматочок пазла, який, схоже, не вписується у картину, яку ми збудували.
Щільність просто абсурдна
Візьмемо за базис Юпітер. Це король газових гігантів. Його середня щільність становить 1,33 г/см3. Щільний, стислий, важкий.
TOI-791 b? 0,038 г/см³.
TOI-791 c? 0,047 г/см³.
Земля? 5,5 г/см³. Камінь.
Ватна куля? Близько 0,05 г/см3.
Ці планети легші за цукор, розкручений у хмари. Вони мають розмір Юпітера, але містять лише малу частку його маси. Якби Юпітер був боулінговою кулею, ці дві планети були б надувними пляжними м’ячами, наповненими гелієм. Як так сталося? Фізика каже, що матерія згущується. Гравітація приваблює. Але тут потік ледве тримається разом.
Зірка, навколо якої вони обертаються, – карлик спектрального класу F7. Відстань до нього — 1110 світлових років, у сузір’ї Волосся Вероніки (Volans), південному сузір’ї, яке навряд чи вдасться розглянути із заднього двору.
Рідкісний танець удвох
Більшість однопланетних систем нудні. Принаймні так ми думали.
У TOI-791 їх дві. І обидві – супер-пухи.
Тільки чотирьох інших відомих системах відомо більше однієї планети. Ця рідкість робить TOI-791 справжньою жилою. Це природна лабораторія. Планети утворилися з того самого пилового диска. Вони – рідні сестри. Але вони не просто розлетілися убік. Вони захоплені у резонансі середніх рухів 5:3.
Усвідомити це.
За кожні п’ять обертів внутрішньої планети зовнішня здійснює рівно три. Їхня гравітація тягне один одного. Це гравітаційний потиск рук, що повторюється мільйони років. Це тяжіння впливає на час проходження планет диском зірки. Вони перетинають обличчя зірки над такт, а зі зрушенням. Трохи раніше. Трохи згодом.
Ця траєкторія, що коливається, показала астрономам, наскільки важкі ці планети. Незважаючи на їхній величезний розмір, вони практично невагомі.
Громадянські вчені та антарктичний холод
Хто їх виявив?
Волонтери.
Через проект “Planet Hunters TESS”. Це не доктори наук, що вдивляються в код. Це звичайні люди, які сканують дані космічної місії TESS (Transiting Exoplanet Satellite Survey) від NASA. Вони побачили провали. Тіні. 2019 року і знову 2023-го.
Потім підключилися майстри. Телескопи у всьому світі. Обробка даних. Розрахунок маси. Підтвердження густини.
Але ж ключовий момент? Лід.
Телескоп ASTEP. Розташований на станції Конкордія в Антарктиді.
Чому Антарктида? Бо взимку там сонце не сходить. Тиждень. Або місяць. Безперервна темрява. Жодного денного світла, яке могло б зіпсувати спостереження. Це потрібно. Щоб зафіксувати транзит, триває 11 годин поспіль. Потрібне безперервне око, спрямоване в небо.
Це були найдовші безперервні наземні спостереження транзитів за історію. Проходження планет перед зіркою зайняло понад половину доби. І завдяки антарктичній зимі астрономи не моргнули.
Чому вони такі пухнасті?
Ми поки що не знаємо.
Це чесна відповідь. Вчені здогадуються.
Гіпотеза перша: Величезні атмосфери. Оболонки з водню та гелію настільки щільні, що роздмухують планету. Ядро може бути невеликим. Газ посідає місце. Він розширюється, доки… щось не зупинить його? Гравітація? Тепловий тиск?
Гіпотеза друга: Вони сформувалися далеко. У холоді. Далеко від спеки зірки. Газ швидко охолоджувався. Накопичувався довкола ядра. Створював легку зовнішню оболонку. А потім, можливо, мігрували всередину? Чи, може, залишилися на місці?
«Відомо лише невелика кількість цих надпухнастих планет, і навіть рідше знайти дві в одній системі».
— Доктор Джордж Дренсфілд, Оксфордський університет
Низька щільність – ось загадка. Якщо вони складаються з газу переважно, чому гравітація їх не змінює? Чому оболонка така розріджена?
Що буде далі?
Космічний телескоп Джеймса Вебба.
Це наступний крок. Головний дослідник Великобританії за проектом ASTEP професор Аморі Тріо хоче вивчити хімію. Вуглець. Азот. Кисень.
Якщо прочитати атмосферний відбиток, то можна простежити історію. Звідки взялися матеріали? Якою була температура під час формування? Чи випарувалися вони? Чи залишилися цілими?
Професор Трістан Жіо бачить ширшу картину. Багатопланетні системи. Довгострокові взаємодії. Еволюція протягом десятиліть. Для цього потрібна командна робота. Антарктиди. Космічний телескоп. Обсерваторії інших континентах. Все пов’язане у єдину мережу.
Без цієї співпраці істина залишається прихованою у темряві.
Ми дивимося на привидів. Гігантських, наповнених газом примар, які, згідно з нашими моделями, не повинні існувати. Вони ігнорують закони густини. Вони ігнорують простоту. Це супер-пухнасті планети.
І ми лише починаємо їх розуміти.
