V-kosmose.com

Открытая экзопланета стирает грань между большими планетами и маленькими звездами

Источник: https://www.johansen.se

Открытие еще одной экзопланеты уже не новость. С момента обнаружения первой экзопланеты в 1995 году было обнаружено более 4000 экзопланет вокруг других звезд. Как долго подозревали или, по крайней мере, надеялись астрономы, планет в звездных системах нашей галактики, вероятно, больше, чем самих звезд.

Но стоит отметить новое открытие большой планеты, вращающейся вокруг маленькой звезды GJ3512. Статья, опубликованная в журнале Science, ставит под сомнение наше понимание того, как образуются планеты, и еще больше стирает грань между маленькими холодными звездами, известными как коричневые карлики и планетами.

Сама звезда - красный карлик, который находится на расстоянии около 30 световых лет и имеет светимость менее 0,2% солнечной. Он имеет около 12% массы Солнца и 14% его радиуса. Такие прохладные, тусклые звезды на самом деле являются наиболее распространенными звездами в галактике, но только одна из десяти известных экзопланет была найдена на орбите красных карликов.

Красные карлики настолько тусклые, что трудно обнаружить их планеты с помощью «метода доплеровского сдвига». Этот метод основан на том, как длина волны звездного света периодически смещается (к синему или красному) на крошечную величину по мере того, как невидимая планета вращается, таская звезду туда-сюда. Несколько других планет, которые были обнаружены на орбите красных карликов, были открыты методом транзита. Этот метод основан на том,  как тускнеет свет звезды, когда планета проходит перед ней.

Что выделяет новое открытие, так это то, что планета, получившая название GJ3512b, является газовым гигантом на 204-дневной эллиптической орбите. Масса планеты, по крайней мере, вдвое меньше, чем у Юпитера, а ее диаметр, вероятно, составляет около 70% от массы звезды, которая вращается вокруг нее. Поэтому это одна из самых больших планет, о которых известно, что она вращается вокруг такой маленькой звезды на такой широкой орбите, и это создает проблему для понимания того, как она образовалась.

Как образуются планеты?

Сравнение GJ 3512 с Солнечной системой и другими близлежащими планетными системами красных карликов. Источник: Guillem Anglada-Escude - IEEC, SpaceEngine.org

Наша Солнечная система родилась из «протопланетного диска» - облака, содержащего плотный газ и пыль, окружающие наше вновь образованное Солнце.

Наиболее общепринятым объяснением того, как образовались планеты типа газовые гиганты, является то, что скалистые ледяные ядра были созданы путем накопления меньших тел во внешних областях диска. Это продолжалось до тех пор, пока эти ядра не выросли примерно до десяти масс Земли. В этот момент они смогли собрать водородную и гелиевую оболочку до того, как планеты мигрировали к внутреннему краю диска, или диск рассеялся.

Полагают, что именно так газовые гиганты образуются в большинстве экзопланетных систем, включая так называемые «горячие Юпитеры», обнаруженные на близких орбитах вокруг своих звезд. Но трудно понять, как планеты могли образовываться, таким образом, вокруг звезды с низкой массой - диск не был бы достаточно массивным.

Альтернативный сценарий, вероятно, произошел в случае GJ3512b и, возможно, многих других планетных систем. Здесь планета, возможно, образовалась в результате прямой фрагментации протопланетного диска. Это означает, что часть диска сжалась и сконденсировалась (превращаясь из газа в жидкость, а затем в твердое вещество) в большое тело, без необходимости накапливаться путем накопления более мелких пород. Это похоже на то, как обычно формируются сами звезды.

Команда, стоящая за новым исследованием, сообщает еще одно доказательство этого пути формирования от намеков на вторую гигантскую экзопланету в системе (предварительно называемую GJ3512c) с орбитальным периодом, превышающим 1400 дней. Это также может объяснить необычно эксцентричную орбиту GJ3512b, которая могла возникнуть в результате взаимодействия между двумя планетами вскоре после образования планет. Этот процесс изгнал бы третью планету из системы. И если когда-то вокруг такой маленькой звезды существовали три большие планеты, то единственный способ, которым они могли бы сформироваться, - это прямое дробление диска.

3,5-метровый телескоп в обсерватории Калар-Альто, где установлен спектрограф CARMENES. Источник: Pedro Amado/Marco Azzaro - IAA/CSIC

Звезды и планеты

Открытие этой системы также имеет значение для дебатов о том, что является звездой типа коричневый карлик, а что планета. Коричневые карлики - это звезды, которые не смогли запустить ядерный синтез в своих ядрах, и поэтому имеют массу ниже примерно 8% массы Солнца или примерно 85 масс Юпитера.

Известные коричневые карлики с наименьшей массой имеют массы, в 12 раз меньшие массы Юпитера, в то время как известные планеты с самой большой массой имеют массы, в 30 раз превышающие массы Юпитера. Итак, если самые массивные планеты тяжелее, чем наименее массивные звезды - что отличает звезду от планеты?

Один из ответов - сказать, что звезды образуются, как звезды, а планеты - как планеты, поэтому масса в некоторой степени не имеет значения. Проблема в том, что обычно мы не можем сказать, как образовалась отдельная планета или коричневый карлик. В случае GJ3512b вероятный метод формирования больше похож на метод звезды, чем на планету.

Таким образом, картина еще более запутана, чем была раньше, и может быть решена только с помощью будущих открытий. Увеличение переписи планетных систем в конечном итоге покажет, какие механизмы формирования наиболее распространены.

Источник: https://phys.org/news/2019-09-exoplanet-discovery-blurs-line-large.html