Відкриття надзвичайно пухнастої «солодкої» екзопланети шокує вчених

Астрономи виявили величезну планету низької щільності під назвою WASP-193b, яка на 50% більша за Юпітер, але має щільність, як цукрова вата. Це відкриття ставить під сумнів сучасні теорії формування планет, оскільки вчені не можуть пояснити, як така планета могла сформуватися.

Астрономи виявили величезну пухнасту планету, що обертається навколо далекої зірки в нашій галактиці Чумацький Шлях. Відкриття, про яке 14 травня повідомили в журналі Nature Astronomy дослідники з Массачусетського технологічного інституту, Льєжського університету в Бельгії та інших міст, є багатообіцяючим ключем до таємниці того, як утворюються такі гігантські надлегкі планети.

Нова планета під назвою WASP-193b, здається, перевершує Юпітер за розміром, але це лише частка його щільності. Вчені виявили, що газовий гігант на 50 відсотків більший за Юпітер і приблизно на одну десяту менший за щільність — надзвичайно низьку щільність, яку можна порівняти з щільністю цукрової вати.

WASP-193b є другою найлегшою планетою, відкритою на сьогодні, після меншої, схожої на Нептун, планети Kepler 51d. Набагато більший розмір нової планети в поєднанні з її надлегкою щільністю роблять WASP-193b чимось дивним серед понад 5400 планет, відкритих на сьогодні.

«Знайти такі гігантські об’єкти з такою малою щільністю — справжня рідкість», — каже провідний автор дослідження та постдоктор Массачусетського технологічного інституту Халід Баркауї. «Є клас планет, які називають пухкими Юпітерами, і вже 15 років залишається загадкою, що це таке. І це екстремальний випадок такого класу».

«Ми не знаємо, куди поставити цю планету серед усіх наявних у нас теорій утворення, тому що вона виходить за межі всіх», — додає один із провідних авторів Франсіско Посуелос, старший науковий співробітник Інституту астрофізики Андалусії. в Іспанії. «Ми не можемо пояснити, як утворилася ця планета, спираючись на класичні моделі еволюції. Уважніше вивчення її атмосфери дозволить нам отримати еволюційний шлях цієї планети».

Співавтори дослідження Массачусетського технологічного інституту включають Жюльєна де Віта, доцента кафедри наук про Землю, атмосферу та планети Массачусетського технологічного інституту, і постдоктор Массачусетського технологічного інституту Артема Бурданова разом із співробітниками з багатьох установ по всій Європі.

«Цікавий поворот»

Нова планета спочатку була помічена за допомогою Wide Angle Search for Planets, або WASP — міжнародної співпраці академічних установ, які спільно керують двома роботизованими обсерваторіями, однією в північній півкулі, а іншою в південній. Кожна обсерваторія використовує набір ширококутних камер для вимірювання яскравості тисяч окремих зірок на всьому небі.

Під час опитувань, проведених між 2006 і 2008 роками та знову з 2011 по 2012 рік, обсерваторія WASP-South виявила періодичні транзити або провали світла від WASP-193 — яскравої, близької, схожої на сонце зірки, розташованої в 1232 світлових роках від Землі. Астрономи встановили, що періодичне зниження яскравості зірки відповідає тому, що планета обертається навколо зірки та блокує її світло кожні 6,25 дня. Вчені виміряли загальну кількість світла, яке планета блокувала з кожним транзитом, що дало їм оцінку гігантських розмірів планети, супер-Юпітера.

Потім астрономи спробували визначити масу планети — міру, яка потім виявила б її щільність і потенційно також ключ до її складу. Щоб отримати оцінку маси, астрономи зазвичай використовують радіальну швидкість, техніку, за допомогою якої вчені аналізують спектр зірки або різні довжини хвилі світла, коли планета обертається навколо зірки. Спектр зірки може змінюватися певним чином залежно від того, що тягне зірку, наприклад планета, що обертається. Чим масивніша планета і чим ближче вона до своєї зірки, тим більше може змінюватися її спектр — спотворення, яке може дати вченим уявлення про масу планети.

Для WASP-193 b астрономи отримали додаткові спектри високої роздільної здатності зірки, зроблені різними наземними телескопами, і спробували використати радіальну швидкість для обчислення маси планети. Але вони продовжували з’являтися порожніми — саме тому, що, як виявилося, планета була надто легкою, щоб мати будь-який помітний вплив на свою зірку.

«Зазвичай великі планети досить легко виявити, тому що вони зазвичай масивні та сильно тягнуть свою зірку», — пояснює де Віт. «Але в цій планеті було складно те, що, незважаючи на те, що вона велика — величезна, — її маса й щільність настільки низькі, що її було насправді дуже важко виявити лише за допомогою техніки радіальної швидкості. Це був цікавий поворот».

«[WASP-193b] настільки легкий, що знадобилося чотири роки, щоб зібрати дані та показати, що є масовий сигнал, але він справді, дуже крихітний», — каже Баркауї.

«Спочатку ми отримували надзвичайно низьку щільність, у що спочатку було дуже важко повірити», — додає Позуелос. «Ми кілька разів повторювали процес аналізу всіх даних, щоб переконатися, що це справжня щільність планети, тому що це було надзвичайно рідко».

Роздутий світ

Зрештою команда підтвердила, що планета справді надзвичайно легка. За їх підрахунками, його маса була приблизно 0,14 маси Юпітера. А його щільність, отримана від його маси, склала приблизно 0,059 грама на кубічний сантиметр. Юпітер, навпаки, становить приблизно 1,33 грама на кубічний сантиметр; а Земля становить більш істотні 5,51 грама на кубічний сантиметр. Можливо, матеріалом, найближчим за щільністю до нової пухкої планети, є солодка вата, яка має щільність приблизно 0,05 грама на кубічний сантиметр.

«Планета настільки легка, що важко уявити аналогічний твердотільний матеріал», — каже Баркауї. «Причина, чому він близький до цукрової вати, полягає в тому, що обидва в основному складаються з легких газів, а не з твердих речовин. Планета насправді надзвичайно пухнаста».

Дослідники підозрюють, що нова планета складається в основному з водню та гелію, як і більшість інших газових гігантів у галактиці. Для WASP-193b ці гази, ймовірно, утворюють надзвичайно роздуту атмосферу, яка простягається на десятки тисяч кілометрів далі, ніж власна атмосфера Юпітера. Яким саме чином планета може надуватися так далеко, зберігаючи надлегку щільність, це питання, на яке поки що не може відповісти жодна існуюча теорія формування планет.

Щоб отримати кращу картину нового пухнастого світу, команда планує використати методику де Віта, розроблену раніше, щоб спочатку отримати певні властивості атмосфери планети, такі як її температура, склад і тиск на різних глибинах. Потім ці характеристики можна використовувати для точного визначення маси планети. На цей час команда вважає WASP-193b ідеальним кандидатом для подальших досліджень обсерваторіями, такими як космічний телескоп Джеймса Вебба.

«Чим більша атмосфера планети, тим більше світла може пройти через неї», — каже де Віт. «Тож очевидно, що ця планета є однією з найкращих цілей для вивчення атмосферних впливів. Це буде Розеттський камінь, щоб спробувати розгадати таємницю пухких Юпітерів».