Вчені вважають, що екзопланета Gliese 367 b є твердою металевою кулею

Ми не можемо зрозуміти природу, не розуміючи її поширення. Це очевидно в науці про екзопланети та в наших теоріях формування планет. Викиди та дивацтва природи тиснуть на наші моделі та спонукають вчених копати глибше. Gliese 367 b (або Tahay), звичайно, дивак. Це планета ультракороткого періоду (USP), яка обертається навколо своєї зірки лише за 7,7 години. У нашому каталозі понад 5000 екзопланет є майже 200 інших планет USP, тому Gliese 367 b не є унікальною в цьому плані. Але це відмінність з іншого боку: це також надщільна планета — майже вдвічі щільніша за Землю.

Це означає, що це має бути майже чисте залізо.

Астрономи знайшли Тахай у даних TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) за 2021 рік. Але нове дослідження в The Astrophysical Journal Letters уточнює масу та радіус цієї дивної планети за допомогою покращених вимірювань. Він також знайшов двох братів і сестер для планети. Дослідження називається «Компанія для субземлі надвисокої щільності та ультракороткого періоду GJ 367 b: відкриття двох додаткових планет із малою масою через 11,5 та 34 дні». Провідний автор — Еліза Гоффо, доктор філософії. студент фізичного факультету Туринського університету.

TESS знайшов Gliese 367 b у 2021 році, коли виявив надзвичайно слабкий транзитний сигнал від червоної карликової зірки під назвою Gliese 367. Сигнал був на межі можливостей виявлення TESS, тому астрономи знали, що він малий, як Земля.

У рамках зусиль у 2021 році дослідники використовували спектрограф HARPS (High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) у Європейській південній обсерваторії, щоб визначити масу та щільність G 367 b. Вони визначили, що радіус планети становить 72% від земного, а її маса — 55% від земної. Це означає, що це, ймовірно, була залізна планета, залишкове ядро ​​колись набагато більшої планети.

Повертаємося до нового дослідження Гоффо та її колег.

Вони також використовували HARPS для вимірювання малої планети. Цього разу вони використали 371 спостереження HARPS за G 367 b. Ці результати показують, що планета навіть більш щільна, ніж показало дослідження 2021 року. Замість 55% маси Землі це нове дослідження показує, що планета становить 63% маси Землі. Його радіус також зменшився з 72% земного до 70% земного. Це зводиться до того, що G 367 b вдвічі щільніший за Землю. Як планета стала такою? Навряд чи він склався таким, яким є зараз. Натомість це, ймовірно, ядро ​​планети, з якої була очищена кам’яниста мантія.

«Ви можете порівняти GJ 367 b із планетою, схожою на Землю, зі знятою кам’янистою мантією», — сказав провідний автор дослідження Гоффо. «Це може мати важливі наслідки для формування GJ 367 b. Ми вважаємо, що планета могла сформуватися як Земля, зі щільним ядром, що складається переважно із заліза, оточеним багатою силікатами мантією».

Мабуть, сталося щось надзвичайне, щоб маленька планета втратила свою мантію. «Катастрофічна подія могла здерти її скелясту мантію, залишивши оголеним щільне ядро ​​планети», — пояснив Гоффо. Зіткнення між нею та іншими протопланетами, що все ще формуються, на початку її життя могли видалити зовнішній шар планети. Інша можливість, за словами Гоффо, полягає в тому, що маленький USP народився в надзвичайно багатому залізом регіоні протопланетного диска. Але це здається малоймовірним.

Існує й третя можливість, і про неї вперше подумали, коли астрономи виявили G 367 b у 2021 році. Це міг бути залишок колись величезного газового гіганта, такого як Нептун. Щоб це було так, планета утворилася б далі від зірки, а потім мігрувала. Зараз вона настільки близько до своєї зірки, що інтенсивне опромінення від червоного карлика розвіяло б атмосферу.

G 367 b належить до дуже невеликого класу екзопланет, який називається супер-Меркурієм. Їх склад такий же, як у Меркурія, але вони більші та щільніші. (Хоча вони рідкісні, існує одна система з двома з них.) Можливо, Меркурій спіткала та ж доля, що й G 367 b. Свого часу він міг мати більше мантії та кори, але удари його видалили.

Але навіть серед супер-Меркуріїв G 367 b виділяється. Це найщільніший USP, який ми знаємо. «Завдяки нашим точним оцінкам маси та радіуса ми дослідили потенційний внутрішній склад і структуру GJ 367 b і виявили, що воно, як очікується, матиме залізне ядро ​​з масовою часткою 0,91», — йдеться в новій статті.

Отже, що сталося в цій системі? Як G 367 b опинилася в такому стані та так близько до своєї зірки?

Дослідники також знайшли в цій системі ще дві планети: G 367 c і d. Астрономи вважають, що планети USP майже завжди зустрічаються в системах з кількома планетами, тому це нове дослідження підтверджує це. TESS не зміг виявити ці планети, оскільки вони не проходять через свою зірку. Команда знайшла їх у своїх спостереженнях HARPS, і їх присутність обмежує можливі сценарії формування.

«Завдяки нашим інтенсивним спостереженням за допомогою спектрографа HARPS ми виявили наявність двох додаткових планет малої маси з орбітальними періодами 11,5 і 34 дні, що зменшує кількість можливих сценаріїв, які могли призвести до формування такої щільної планети, – сказав співавтор Давіде Гандольфі, професор Туринського університету.

Планети-супутники також обертаються близько до зірки, але мають меншу масу. Це чинить тиск на ідею, що будь-яка з них утворилася в середовищі, багатому залізом, але не усуває її. «Хоча GJ 367 b міг утворитися в середовищі, багатому на залізо, ми не виключаємо сценарію утворення, що включає такі жорстокі події, як зіткнення гігантських планет», — сказав Гандольфі в прес-релізі.

У висновку своєї роботи команда досліджує можливі сценарії формування.

У сценарії формування протопланетний диск навколо Gliese 367 повинен був мати область, збагачену залізом. Але астрономи не знають, чи взагалі існує такий багатий на залізо регіон.

«Можливі шляхи можуть включати утворення матеріалу, значно більш багатого залізом, ніж вважається, що зазвичай присутній у протопланетних дисках. Хоча не ясно, чи диски з таким великим відносним вмістом заліза саме біля внутрішнього краю (де більшість матеріалу може бути отримано з) існує”, – пишуть вони.

Насправді в окремому дослідженні 2020 року говориться, що їхня робота з формування планет «не в змозі відтворити екстремальне збагачення Fe, необхідне для формування Меркурія». Якщо дискові моделі не можуть пояснити, як утворився багатий залізом Меркурій, вони не можуть пояснити, як утворився G 367 b.

Натомість більш імовірно, що планета була іншою, коли вона утворилася, а потім з часом прийняла свою нинішню форму. Колізійне зняття — це коли зовнішній матеріал планети видаляється в результаті одного або кількох зіткнень. Оскільки зовнішній матеріал менш щільний, ніж внутрішній матеріал диференційованих планет, повторні зіткнення збільшили б об’ємну щільність G 367 b шляхом видалення легшого матеріалу.

Але з цим є принаймні одна проблема. «Наше вимірювання об’ємної щільності GJ 367 b свідчить про те, що колізійна десорбція повинна бути надзвичайно ефективною для видалення незалізного матеріалу з планети, якщо це єдиний діючий процес», – пишуть автори. Надзвичайно ефективний, але не неможливий. Отже, є три можливості: планета утворилася в середовищі, багатому залізом, колись планета була більшою і втратила зовнішні шари через зіткнення, або планета є залишковим ядром колись масивного газового гіганта, який мігрував надто близько до свою зірку та зняли її газову оболонку.

Можливо, нам не варто зупинятися на одному. «Звичайно, усі описані вище процеси могли сприяти створенню майже чистої залізної кулі, відомої як GJ 367 b», — пишуть автори. Все, що ми маємо зараз, це можливості. Система схожа на головоломку, і астрономам належить її розгадати. Його незвичайні властивості роблять його виключним, а вченим подобаються викиди, тому що це спонукає їх копати глибше. Якщо наші поточні теорії не можуть пояснити ці дивацтва, то наші теорії потребують уточнення.

«Ця унікальна багатопланетна система, що містить цю надвисоку щільність, підземлю USP, є надзвичайною мішенню для подальшого дослідження сценаріїв формування та міграції систем USP», — підсумовують дослідники.