Открытие очень тонкой экзопланеты, напоминающей сладкую вату, шокирует ученых: «Мы не можем объяснить, как образовалась эта планета»

Астрономы обнаружили массивную планету с низкой плотностью под названием WASP-193b, которая на 50% больше нашей планеты. Юпитер Но по плотности он похож на сладкую вату. Это открытие бросает вызов современным теориям формирования планет, поскольку ученые не могут объяснить, как могла образоваться такая планета.

Астрономы обнаружили огромный пушистый инопланетный шар планеты, вращающийся вокруг далекой звезды в нашей галактике. Млечный Путь галактика. Об открытии сообщалось 14 мая в журнале Природная астрономия Исследователи из Массачусетский Институт ТехнологийОткрытие, сделанное в Льежском университете в Бельгии и других местах, является многообещающим ключом к разгадке тайны формирования этих сверхлегких планет-гигантов.

Новая планета, получившая название WASP-193b, выглядит карликом размером с Юпитер, однако ее плотность составляет лишь часть ее плотности. Ученые установили, что газовый гигант на 50% больше Юпитера и примерно в десятую часть плотнее, что очень мало, подобно плотности сладкой ваты.

WASP-193b — вторая по лёгкости из когда-либо обнаруженных планет после самой маленькой, Нептун-Как и мир, Кеплер 51d. Гораздо больший размер новой планеты в сочетании с ее чрезвычайно легкой плотностью делает WASP-193b чем-то выдающимся среди более чем 5400 планет, открытых на данный момент.

«Найти эти гигантские объекты с такой маленькой плотностью действительно очень редко», — говорит Халед Аль-Баркави, ведущий автор исследования и научный сотрудник Массачусетского технологического института. «Есть класс планет, называемых пухлыми Юпитерами, и вот уже 15 лет остается загадкой, кто они. Это крайний случай этого класса.

«Мы не знаем, куда отнести эту планету во всех теориях формирования, которые у нас есть сейчас, потому что во всех них она является аномалией», — добавляет соавтор Франсиско Посуэлос, старший научный сотрудник Института астрофизики в Андалусии. В Испании. «Мы не можем объяснить, как образовалась эта планета, основываясь на классических эволюционных моделях». Внимательное изучение ее атмосферы позволит нам определить путь эволюции этой планеты».

В число соавторов исследования Массачусетского технологического института входят Джулиан де Вит, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, и Артем Бурданов, научный сотрудник Массачусетского технологического института, а также сотрудники из нескольких учреждений по всей Европе.

Впечатление художника о системе WASP-193b. Предоставлено: Льежский университет.

«Интересное развитие»

Новая планета была первоначально обнаружена в рамках проекта «Широкоугольный поиск планет» (WASP) — международного сотрудничества академических учреждений, которые совместно управляют двумя роботизированными обсерваториями: одной в северном полушарии и одной в южном. Каждая обсерватория использует набор широкоугольных камер для измерения яркости тысяч отдельных звезд по всему небу.

В исследованиях, проведенных в период с 2006 по 2008 год, а также с 2011 по 2012 год, обсерватория WASP-South обнаружила периодические транзиты или провалы в свете WASP-193, яркой звезды, похожей на Солнце, расположенной на расстоянии 1232 лет от Земли. . Астрономы определили, что периодические падения яркости звезды соответствуют тому, что планета вращается вокруг звезды и блокирует ее свет каждые 6,25 дней. Ученые измерили общее количество света, блокируемое планетой при каждом проходе, что позволило им оценить размер гигантской планеты, примерно равный супер-Юпитеру.

Затем астрономы попытались определить массу планеты — меру, которая затем позволила бы выявить ее плотность и, возможно, также дать ключ к ее составу. Чтобы получить оценку массы, астрономы обычно используют лучевую скорость — метод, с помощью которого ученые анализируют спектр звезды или различные длины волн света, когда планета вращается вокруг звезды. Спектр звезды может меняться определенным образом в зависимости от того, что притягивает звезду, например, от планеты, вокруг которой она вращается. Чем массивнее планета и чем ближе она к своей звезде, тем больше смещается ее спектр — искажение, которое может дать ученым представление о массе планеты.

Для WASP-193 b астрономы получили дополнительные спектры звезды с высоким разрешением, полученные различными наземными телескопами, и попытались использовать лучевую скорость для расчета массы планеты. Но он продолжал оставаться пустым — в частности, как выяснилось, планета была слишком легкой, чтобы ее можно было обнаружить на ее звезде.

«Большие планеты обычно очень легко обнаружить, потому что они обычно массивны и оказывают большое влияние на свою звезду», — объясняет Де Вит. «Но что было трудным в этой планете, так это то, что, хотя она была огромной, ее масса и плотность были настолько малы, что ее было очень трудно обнаружить, используя только метод лучевой скорости. Это было интересное развитие».

«[WASP-193b] «Он настолько слабый, что потребовалось четыре года, чтобы собрать данные и показать наличие массового сигнала, но на самом деле он очень мал», — говорит Баркави.

«Изначально мы получали очень низкую плотность, и поначалу в это было очень трудно поверить», — добавляет Бусуэлос. «Мы повторили процесс анализа всех данных несколько раз, чтобы убедиться, что это истинная плотность планеты, поскольку она была настолько редкой».

Раздутый мир

В конечном итоге команда подтвердила, что планета действительно очень легкая. Они подсчитали, что его масса составляла около 0,14 массы Юпитера. Его плотность, рассчитанная по массе, составляла около 0,059 грамма на кубический сантиметр. Напротив, вес Юпитера составляет около 1,33 грамма на кубический сантиметр; Земля на 5,51 грамма на кубический сантиметр больше. Возможно, самым близким по плотности к новой пухлой планете веществом является сладкая вата, плотность которой составляет около 0,05 грамма на кубический сантиметр.

«Планета настолько легкая, что трудно представить себе сравнимую с ней твердую материю», — говорит Баркави. «Причина, по которой он близок к сладкой вате, заключается в том, что оба они состоят в основном из легких газов, а не из твердых тел. Планета в основном очень тонкая».

Исследователи подозревают, что новая планета состоит в основном из водорода и гелия, как и большинство других газовых гигантов в галактике. Для WASP-193b эти газы, вероятно, образуют чрезвычайно раздутую атмосферу, простирающуюся на десятки тысяч километров за пределы атмосферы Юпитера. Как планета могла раздуваться до такой степени и при этом сохранять такую ​​чрезвычайную плотность света — это вопрос, на который пока не может ответить ни одна существующая теория формирования планет.

Чтобы получить лучшее представление о новом тонком мире, команда планирует использовать ранее разработанную технику D-Wit, чтобы сначала получить определенные свойства атмосферы планеты, такие как ее температура, состав и давление на разных глубинах. Эти свойства затем можно использовать для точного расчета массы планеты. На данный момент команда рассматривает WASP-193b как идеального кандидата для последующего изучения обсерваториями, такими как WASP-193b. Космический телескоп Джеймса Уэбба.

«Чем больше атмосфера планеты, тем больше света может пройти через нее», — говорит де Вит. «Так что эта планета, несомненно, является одной из лучших целей для изучения атмосферных эффектов. Она послужит Розеттским камнем для разгадки тайны выпуклых Юпитеров».

Ссылка: «Протяженная атмосфера низкой плотности вокруг планеты размером с Юпитер WASP-193 b», Халед Аль-Баркави, Франциско Дж. Босуэлос, Койл Хиллер, Бэрри Смолли, Луиза Д. Нильсен, Праджвал Нираула, Михаэль Гиллон, Джулиан де Вит, Саймон Мюллер, Кэролайн Дорн, Равит Хелд, Эммануэль Жехин, Брайс Оливье Демор, Валери ван Гроотель, Абдеррахман Зепкев, Мурад Гашави, Дэвид. Андерсон, Зухайр Бен Халдун, Франсуа Буши, Артем Борданов, Летиция Дельрис, Эльза Дюкро, Леонель Гарсия, Абдельхади Аль Джабри, Моника Линделл, Пьер Ф. Л. Макстед, Катриона А. Мюррей, Питер Беллман Педерсен, Дидье Кило, Дэниел Себастьян, Оливер Тернер, Стефан Одри, Матильда Тиммерманс, Амори Х.М.Г. Триод и Ричард Г. Уэст, 14 мая 2024 г., Природная астрономия.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Это исследование частично финансировалось Ассоциацией университетов и Советом по науке и технологиям Великобритании для WASP; Европейский исследовательский совет; Валлония-Брюссельский союз; и Фонд Хейсинга-Саймонса, Колин и Лесли Массон и Питер А. Гилман, которые поддерживают Artemis и другие телескопы SPECULOOS.