“ДТП” космічних масштабів ведуть до утворення планет щільніше сталі

Серед 5500 виявлених у Всесвіті екзопланет лише жменька вражає уяву надзвичайно високою щільністю, яка перевищує щільність сталі. Еволюція планет до такого стану залишається загадкою, але вчені розробили цікаву модель специфічної трансформації екзопланет та довели її моделювання на комп’ютері.

Безпосередню увагу вчених привернула екзопланета TOI-1853b. Вона трохи менша за Нептуна, але майже вдвічі щільніша за Землю. Цю величезну густину неможливо пояснити традиційними шляхами еволюції екзопланет, які ми відкрили та спостерігаємо. Очевидно, вона сформувалася якимось іншим чином, ймовірно, втративши воду та атмосферу в процесі своєї еволюції, залишивши для нашого спостереження фактично одне скельне ядро.

Як екзопланета TOI-1853b дійшла такого стану, взялася зрозуміти група фахівців під керівництвом фізика Луки Напонієлло (Luca Naponiello) з Римського університету Тор Вергата (Італія) та Брістольського університету (Великобританія).

«Ця планета дуже дивовижна! Зазвичай ми очікуємо, що планети, що утворилися з такої кількості породи, стануть газовими гігантами, такими як Юпітер, густина яких схожа на густину води, — пояснив фізик Цзін’яо Доу з університету Брістоль. – TOI-1853b має розмір Нептуна, але її щільність вища, ніж у сталі. Наша робота показує, що це може статися, якщо під час формування планети відбувалося надзвичайно енергійне зіткнення планет. Внаслідок цих зіткнень частина легкої атмосфери та води була видалена, а залишилася збагачена камінням планета з високою щільністю».

Радіус TOI-1853b у 3,46 раза більший за радіус Землі, а радіус Нептуна становить 3,88 радіуса Землі. На цьому схожість закінчується. Екзопланета звертається навколо своєї зірки-господарки, помаранчевого карлика розміром близько 80% від розміру Сонця, раз на 1,24 дня. І якщо її радіус здивування не викликає, то її маса дійсно ставить у глухий кут: вона в 73,2 раза більше маси Землі. Маса Нептуна, наприклад, становить лише 17,15 мас Землі.

За розрахунками фахівців, за таких розмірів та маси щільність TOI-1853b становить 9,7 г/см³. Середня густина Нептуна становить 1,64 г/см³. Середня щільність Землі – 5,15 г/ ^см3. Щільність заліза дорівнює 7,87 г/см³ приблизно така ж щільність і у сталі. Оскільки мала щільність Нептуна пояснюється великою довжиною його атмосфери, найвища щільність TOI-1853b натякає на чи не повну її відсутність, як і відсутність інших не дуже щільних речовин, наприклад води.

Серія моделювань показала, що найбільш вірогідним поясненням над щільності екзопланети є високошвидкісне зіткнення двох масивних екзопланет, що ще формуються, в результаті якого вони втратили атмосферу.

«Наш внесок у дослідження полягав у моделюванні екстремальних гігантських зіткнень, які могли б видалити легку атмосферу та воду (або лід) з вихідної великої планети, щоб створити екстремальну густину, – пояснив фізик Філ Картер із Брістольського університету . — Ми дійшли висновку, що вихідне планетарне тіло, швидше за все, мало бути багате на воду і зазнати екстремального удару зі швидкістю понад 75 км/с, щоб створити TOI-1853b у тому вигляді, в якому вона спостерігається».

Додамо, екзопланета TOI-1853b відноситься до рідкісного виду об’єктів у так званій пустелі гарячих нептунів. Це планети розміром з Нептун і на дуже коротких орбітах у своїх зірок. Таких планет одиниці серед 5500 із чимось відомих нам екзопланет. Тому вивчення TOI-1853b має особливу цінність. Це фактично екзотика у квадраті.