Виявлено планету із щільністю вище свинцю

Навколо зірки, розташованої приблизно за 730 світлових років від нас, обертається екзопланета розміром з Юпітер, але з щільністю, яка вражає розум. Астрономи визначили, що світ під назвою TOI-4603b має масу майже 13 Юпітерів. Це означає, що його щільність майже в 3 рази перевищує щільність Землі та трохи більше ніж у 9 разів щільність Юпітера. І це справді приємно зі своєю зіркою, з тісною орбітою всього 7,25 дня.

Це поміщає його в невелику, але важливу категорію світів, які суперечать нашому розумінню планетного формування та еволюції. Це відкриття, прийняте для публікації в Astronomy & Astrophysics Letters, доступне на сервері препринтів arXiv.

«Це одна з наймасивніших і найщільніших транзитних планет-гігантів, відомих на сьогодні, — пише група астрономів на чолі з Аканкшею Ханделвалом з Лабораторії фізичних досліджень в Індії, — і є цінним доповненням до населення менш ніж п’яти масивних близьких планет. у планетах-гігантах у регіоні перекривання планети з великою масою та коричневого карлика з малою масою, що додатково необхідно для розуміння процесів, відповідальних за їх утворення».

Теоретично існує обмеження маси планети. Це тому, що вище певної критичної межі температура і тиск, які діють на ядро, є достатніми, щоб запалити ядерний синтез, процес збивання атомів для створення важчих елементів. Для зірки мінімальна маса, при якій починається цей процес, становить близько 85 Юпітерів; у цей момент атоми водню починають зливатися в гелій.

Вважається, що верхня межа маси планети становить від 10 до 13 Юпітерів. А об’єкти, які перетинають щілину між ними, відомі як коричневі карлики. Вони не мають достатньої маси для синтезу водню; однак їх ядра можуть сплавляти дейтерій, важкий ізотоп водню, який не потребує стільки тепла та тиску. Зірки утворюються зверху вниз, коли щільний згусток у молекулярній хмарі руйнується під дією сили тяжіння, утворюючи протозірку. Потім зірка росте, всмоктуючи матеріал із хмари навколо неї, який утворює диск.

Пил і газ, що залишилися після цього процесу, утворюють планети, які починаються знизу вгору, коли уламки починають злипатися, утворюючи зрештою згустки, які переростають у планети. Вважається, що коричневі карлики утворюються, як зірки, із згустку молекулярної хмари, яка руйнується під дією сили тяжіння. Зазвичай вони обертаються навколо зірок на досить великій відстані, щонайменше на п’ять астрономічних одиниць (а.о.) – це в п’ять разів більше відстані між Землею та Сонцем.

Астрономи вважають, що вони утворюються подібно до зірок, колапсуючи із згустку матеріалу в хмарі, і існує дивовижна «пустеля» коричневих карликів із близькими орбітами.

TOI-4603b вперше було помічено в даних космічного телескопа NASA TESS, який досліджує ділянки неба, шукаючи слабкі, регулярні провали в зоряному світлі, які вказують на наявність екзопланети, що обертається. Дані TESS показали, що світ, радіус якого в 1,042 рази перевищує Юпітер, обертається навколо своєї зірки трохи більше ніж за тиждень.

Команда шукала вимірювання радіальної швидкості. Це величина, на яку гравітація екзопланети переміщує головну зірку, коли два тіла обертаються навколо спільного центру ваги. Якщо ви знаєте масу зірки, ви можете визначити масу екзопланети, обчисливши, скільки зірка рухається.

Ось як дослідники встановили масу для TOI-4603b, яка в 12,89 разів перевищує масу Юпітера. Поєднання цього з радіусом об’єкта дозволило групі досягти середньої щільності 14,1 грама на кубічний сантиметр. Щільність Землі, для контексту, становить 5,51 грама на кубічний сантиметр. Юпітера становить 1,33 грама на кубічний сантиметр. Свинець має щільність 11,3 грама на кубічний сантиметр.

Це зовсім не дивно для коричневого карлика, який в середньому приблизно в 0,83 раза більше радіуса Юпітера; Наприклад, один коричневий карлик, радіус якого в 0,87 раза перевищує радіус Юпітера, має масу близько 61,6 Юпітера. Ці речі можуть стати набагато щільнішими, ніж TOI-4603b.

TOI-4603b відповідає більшості критеріїв класифікації як екзопланети, і саме так її назвали Ханделваль та її колеги. Але він знаходиться прямо на межі маси коричневого карлика, що означає, що він може бути важливим світом для розуміння того, як формуються коричневі карлики та планети-гіганти, і як розвивається їхній зв’язок із зірками.

Наприклад, орбіта екзопланети значно овальна або ексцентрична, що свідчить про те, що вона все ще осідає на ній. У зірки також є коричневий карлик-компаньйон, що обертається на орбіті приблизно 1,8 астрономічних одиниць, який міг гравітаційно взаємодіяти з TOI-4603b. Ці підказки свідчать про те, що екзопланета мігрує ближче до зірки з більш віддаленої позиції.

Подібний об’єкт – це світ під назвою HATS-70b, який має масу Юпітера в 12,9 разів і радіус в 1,384 рази, менш щільний, ніж TOI-4603b, але так само близький до своєї зірки, а також демонструє ознаки міграції.

«Виявлення таких систем, — пишуть дослідники, — запропонує нам отримати цінну інформацію про керівні механізми масивних планет і покращить наше розуміння їх домінантного формування та механізмів міграції».