Космос беспорядочен. Иногда он нарушает правила.
Две новые планеты, TOI-791 b и c, только что разбили все ожидания относительно того, как может выглядеть гигантский мир. Это «супер-пухи» — не просто воздушные, а невероятно легкие. Их плотность меньше, чем у ватной шары, которую продают на ярмарках штатов.
Их обнаружили международные ученые во главе с Оксфордским университетом. Результаты опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Это не просто очередная экзопланета. Это кусочек пазла, который, похоже, не вписывается в картину, которую мы построили.
Плотность просто абсурдна
Возьмем за базис Юпитер. Это король газовых гигантов. Его средняя плотность составляет 1,33 г/см³. Плотный, сжатый, тяжелый.
TOI-791 b? 0,038 г/см³.
TOI-791 c? 0,047 г/см³.
Земля? 5,5 г/см³. Камень.
Ватная шарa? Около 0,05 г/см³.
Эти планеты легче сахара, раскрученного в облака. Они имеют размер Юпитера, но содержат лишь малую долю его массы. Если бы Юпитер был боулинговой шарой, эти две планеты были бы надувными пляжными мячами, наполненными гелием. Как так вышло? Физика говорит, что материя сгущается. Гравитация притягивает. Но здесь сгусток еле держится вместе.
Звезда, вокруг которой они вращаются, — карлик спектрального класса F7. Расстояние до него — 1110 световых лет, в созвездии Волосы Вероники (Volans), южном созвездии, которое вряд ли получится разглядеть с заднего двора.
Редкий танец вдвоем
Большинство однопланетных систем скучны. По крайней мере, так мы думали.
У TOI-791 их две. И обе — супер-пухи.
Только в четырех других известных системах известно более одной планеты. Эта редкость делает TOI-791 настоящей жила. Это природная лаборатория. Планеты образовались из одного и того же пылевого диска. Они — родные сестры. Но они не просто разлетелись в стороны. Они захвачены в резонанс средних движений 5:3.
Осознать это.
За каждые пять оборотов внутренней планеты внешняя совершает ровно три. Их гравитация тянет друг друга. Это гравитационное рукопожатие, повторяющееся миллионы лет. Это притяжение влияет на время прохождения планет по диску звезды. Они пересекают лицо звезды не в такт, а со сдвигом. Чуть раньше. Чуть позже.
Эта покачивающаяся траектория показала астрономам, насколько тяжелы эти планеты. Несмотря на их огромный размер, они практически невесомы.
Гражданские ученые и антарктический холод
Кто их обнаружил?
Волонтеры.
Через проект Planet Hunters TESS. Это не доктора наук, всматривающиеся в код. Это обычные люди, сканирующие данные космической миссии TESS (Transiting Exoplanet Satellite Survey) от NASA. Они увидели провалы. Тени. В 2019 году и снова в 2023-м.
Затем подключились профессионалы. Телескопы по всему миру. Обработка данных. Расчет массы. Подтверждение плотности.
Но ключевой момент? Лед.
Телескоп ASTEP. Расположенный на станции Конкордия в Антарктиде.
Почему Антарктида? Потому что зимой там солнце не всходит. Неделю. Или месяц. Непрерывная темнота. Никакого дневного света, который мог бы испортить наблюдение. Это необходимо. Чтобы зафиксировать транзит, длящийся 11 часов подряд. Нужен непрерывный глаз, направленный в небо.
Это были самые длинные непрерывные наземные наблюдения транзитов за всю историю. Прохождение планет перед звездой заняло более половины суток. И благодаря антарктической зиме астрономы не моргнули.
Почему они такие пушистые?
Мы пока не знаем.
Это честный ответ. Ученые строят догадки.
Гипотеза первая: Огромные атмосферы. Оболочки из водорода и гелия настолько плотные, что раздувают планету. Ядро может быть небольшим. Газ занимает место. Он расширяется, пока… что-то не остановит его? Гравитация? Тепловое давление?
Гипотеза вторая: Они сформировались далеко. В холоде. Далеко от жара звезды. Газ быстро охлаждался. Накапливался вокруг ядра. Создавал легкую внешнюю оболочку. А затем, возможно, мигрировали внутрь? Или, может быть, остались на месте?
«Известно лишь небольшое количество этих сверхпушистых планет, и даже редче найти две в одной системе».
— Доктор Джордж Дрэнсфилд, Оксфордский университет
Низкая плотность — вот загадка. Если они состоят преимущественно из газа, почему гравитация их не сминает? Почему оболочка такая разреженная?
Что будет дальше?
Космический телескоп Джеймса Уэбба.
Это следующий шаг. Главный исследователь Великобритании по проекту ASTEP, профессор Амори Трио, хочет изучить химию. Углерод. Азот. Кислород.
Если прочитать атмосферный отпечаток, можно проследить историю. Откуда взялись материалы? Какова была температура во время формирования? Испарились ли они? Остались ли целыми?
Профессор Тристан Жио видит более широкую картину. Многопланетные системы. Долгосрочные взаимодействия. Эволюция на протяжении десятилетий. Для этого нужна командная работа. Антарктида. Космические телескопы. Обсерватории на других континентах. Все связано в единую сеть.
Без этого сотрудничества истина остается скрытой во тьме.
Мы смотрим на призраков. Гигантских, наполненных газом призраков, которые, согласно нашим моделям, не должны существовать. Они игнорируют законы плотности. Они игнорируют простоту. Это супер-пушистые планеты.
И мы только начинаем их понимать.
