На расстоянии около 730 световых лет вокруг звезды, очень похожей на наше Солнце, астрономы нашли действительно странную экзопланету.
Она чуть меньше Нептуна, что может указывать, что это газообразная планета ... но она более чем в два раза массивнее Нептуна, с плотностью, сопоставимой с Землей и Венерой.
Этот сверхплотный объект предполагает, что экзопланета скалистая, но намного выше обычного верхнего предела размера для скалистых планет. Что, в свою очередь, означает, что она в действительности может быть чем-то очень редким - так называемая хтонианская планета - ядро газового гиганта, у которого была разрушена его атмосфера.
Это гипотетический класс планет, поскольку обнаружение одной из них никогда не было подтверждено ранее.
Рассматриваемая планета называется TOI-849b, и она вращается вокруг солнечной звезды под названием TOI-849. Когда мы точно выясним, что это такое, это может помочь нам лучше понять, что находится внутри густой атмосферы газовых и ледяных гигантов, таких как Нептун, и процессы формирования этих грозных планет.
«TOI 849 b - самая массивная земная планета, которая имеет плотность, подобную Земле. Мы ожидаем, что планета с такой массой должна накопить большое количество водорода и гелия, когда она формируется, превратившись в нечто похожее на Юпитер. Факт то, что мы не видим эти газы, дает нам понять, что обнажено планетарное ядро», - сказал астроном Дэвид Армстронг из Университета Уорика в Великобритани «Это первый случай, когда мы обнаружили неповрежденное открытое ядро газового гиганта вокруг звезды».
TOI-849b был обнаружен с помощью исследования, проведенного с использованием спутника НАСА Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), космического телескопа, охотящегося за экзопланетами. TESS ищет экзопланеты, глядя на звезды, используя свои чувствительные инструменты для поиска регулярных, слабых провалов в их свете, которые указывают, что что-то большое, например, планета, проходит перед звездой.
Сколько и как часто свет звезды тускнеет, позволяет астрономам вычислять такие вещи, как размер планеты и ее близость к звезде. TOI-849b очень близка к своей звезде – её орбита составляет 18 часов. Такое близкое соседство сделало бы планету чрезвычайно горячей, с температурой поверхности около 1800 Кельвинов (1530 градусов по Цельсию или 2780 градусов по Фаренгейту).
Эта непосредственная близость к ее звезде ставит экзопланету в особую категорию - очень мало планет размером с Нептун было найдено вблизи их звезд. Один этот факт уже был бы примечательным, но затем команда провела последующие наблюдения с использованием доплеровской спектроскопии.
Когда планета вращается вокруг звезды, она оказывает небольшое гравитационное воздействие на звезду, в результате чего звезда немного качается на месте. Допплеровская спектроскопия измеряет изменение света звезды при ее колебании. Если масса звезды известна, астрономы могут рассчитать массу планеты, основываясь на том, как сильно колеблется звезда.
Именно так команда рассчитала массу экзопланеты: она примерно в 39,1 раза больше массы Земли и в 2,3 раза больше массы Нептуна. Это приводит к плотности 5,2 грамма на кубический сантиметр, что очень близко к плотности Венеры и Земли.
«Хотя это необычайно массивная планета, она далеко от самой массивной из известных нам», - объяснил Армстронг. «Но она чрезвычайно плотная для такого размера, как Нептун, что говорит нам о том, что эта планета имеет очень необычную историю. Тот факт, что она находится в странном месте для своей массы приводит к выводу, что мы смотрим на хтонианскую планету. Хотя как так получилось, до сих пор остается загадкой».
Возможно, что TOI-849b сформировалась с огромной газовой атмосферой, подобной атмосфере Юпитера, которая впоследствии была каким-то образом отброшена.
Мы знаем, что газовые планеты рядом со своими звездами могут лишиться атмосферы из-за невероятной жары. И один из других горячих Нептунов, когда-либо обнаруженных, Gliese 3470 b, теряет свою атмосферу с невероятной скоростью, испаряясь жаром своей звезды.
Этот процесс не может привести к полной потери атмосферы, рассчитанной для TOI-849b, но другие события могли бы сыграть решающую роль, например столкновения с другими крупными объектами.
Другой вариант заключается в том, что TOI-849b начал формироваться как газовый гигант, но у него не было достаточно материала - либо потому, что он сформировался в конце эволюции планетной системы, когда в протопланетном диске звезды осталось очень мало материала, либо потому что это образовалось в промежутке в диске, где не было достаточно материала, чтобы нарастить атмосферу.
Команда планирует дополнить свои исследования наблюдениями, чтобы попытаться определить, не осталось ли атмосферы на TOI-849b. Это может помочь определить состав самого ядра.
«Так или иначе, TOI 849b либо раньше была газовым гигантом, либо является неудачным газовым гигантом», - сказал Армстронг. «Во-первых, это говорит нам, что такие планеты существуют и их можно найти. У нас есть возможность взглянуть на ядро планеты так, как мы не можем это сделать в нашей собственной Солнечной системе. Существуют большие открытые вопросы, например, о природе ядра Юпитера. Такие странные и необычные экзопланеты, как TOI 849b, дают нам возможность увидеть формирование планет, и у нас нет другого способа исследовать их».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.