Nature Astronomy: Открыта планета с плотностью сахарной ваты

Международная команда под руководством исследователей из лаборатории EXOTIC Льежского университета в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом и Институтом астрофизики в Андалусии открыла WASP-193b, гигантскую планету с необычайно низкой плотностью, вращающуюся вокруг далекой звезды, похожей на Солнце.

Эта новая планета, расположенная в 1200 световых годах от Земли, на 50% больше Юпитера, но в семь раз менее массивна, что обеспечивает ей чрезвычайно низкую плотность, сравнимую с плотностью сахарной ваты.

WASP-193b — вторая наименее плотная планета, обнаруженная на сегодняшний день, после Kepler-51d, которая гораздо меньше, — объясняет Халид Баркауи, постдипломный научный сотрудник лаборатории EXOTIC в Льеже и первый автор статьи, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Чрезвычайно низкая плотность делает ее настоящей аномалией среди более чем пяти тысяч экзопланет, открытых на сегодняшний день. Эта чрезвычайно низкая плотность не может быть воспроизведена стандартными моделями облученных газовых гигантов, даже при нереалистичном предположении о структуре без ядра.

Изначально новая планета была обнаружена в рамках проекта Wide Angle Search for Planets (WASP) — международного сотрудничества академических институтов, которые совместно управляли двумя роботизированными обсерваториями — одной в северном полушарии, а другой в южном. Каждая обсерватория использовала массив широкоугольных камер для измерения яркости тысяч отдельных звезд по всему небу. В данных, полученных в 2006-2008 годах и в 2011-2012 годах, обсерватория WASP-South обнаружила периодические транзиты, или падения света, от звезды WASP-193. Астрономы определили, что периодические провалы яркости звезды соответствуют прохождению планеты перед звездой каждые 6,25 дня. Ученые измерили количество света, которое планета блокирует при каждом транзите, что позволило оценить размер планеты.

Затем команда использовала обсерватории TRAPPIST-South и SPECULOOS-South, расположенные в пустыне Атакама в Чили под руководством Михаэля Жийона, директора по исследованиям FNRS и астрофизика из ULiège, для измерения планетарного сигнала в различных диапазонах длин волн и подтверждения планетарной природы затмевающегося объекта. Наконец, они также использовали спектроскопические наблюдения, собранные спектрографами HARPS и CORALIE — также расположенными в Чили (ESO) — для измерения массы планеты.

К их большому удивлению, накопленные измерения показали чрезвычайно низкую плотность планеты. Ее масса и размер, по их расчетам, составляли примерно 0,14 и 1,5 массы Юпитера соответственно. В результате плотность составила около 0,059 грамма на кубический сантиметр. Плотность Юпитера, напротив, составляет около 1,33 грамма на кубический сантиметр, а Земли — более существенные 5,51 грамма на кубический сантиметр. Одним из материалов, наиболее близких по плотности к новой, пухлой планете, является сахарная вата, плотность которой составляет около 0,05 грамма на кубический сантиметр.

Планета настолько легкая, что трудно представить себе аналогичный твердотельный материал, — говорит Жюльен-де Вит, профессор Массачусетского технологического института (MIT) и соавтор работы.

Причина, по которой она близка к сахарной вате, заключается в том, что и то и другое — это практически воздух. Планета по сути является суперпухом.

Исследователи предполагают, что новая планета состоит в основном из водорода и гелия, как и большинство других газовых гигантов в галактике. У WASP-193b эти газы, вероятно, образуют сильно раздутую атмосферу, которая простирается на десятки тысяч километров дальше, чем атмосфера Юпитера. Как именно планета может так сильно раздуться — вопрос, на который пока не может ответить ни одна из существующих теорий формирования планет. Безусловно, для этого требуется значительное отложение энергии в глубине планеты, но детали механизма пока не понятны.

«Мы не знаем, куда поместить эту планету во всех теориях формирования, которые у нас есть на данный момент, потому что она является исключением из всех них. Мы не можем объяснить, как образовалась эта планета. Более пристальное изучение ее атмосферы позволит нам определить эволюционный путь этой планеты, — добавляет Франциско Посуэлос, астроном из Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIC, Гранада, Испания).

WASP-193b — это космическая загадка. Ее решение потребует дополнительной наблюдательной и теоретической работы, в частности, измерения свойств атмосферы с помощью космического телескопа JWST и сопоставления их с различными теоретическими механизмами, которые, возможно, приводят к такой экстремальной инфляции, — заключает Халид Баркауи.

14.05.2024