Розкрито секрети гарячих Юпітерів

Нове дослідження показало, що Гарячі Юпітери не завжди відштовхують або знищують найближчі планети під час їх міграції. Це дивовижне відкриття змінює наше розуміння того, як формуються та еволюціонують планетарні системи, пропонуючи новий погляд на їх складні структури. Вважалося, що гарячі Юпітери, колись вважалося, що обертаються навколо своїх зірок окремо, або поглинають, або викидають будь-які найближчі планети під час їх міграції всередину. Однак нещодавні відкриття перевернули цю ідею, і нове дослідження Женевського університету (UNIGE) надає переконливі докази більш складної реальності.

Співпрацюючи з Національним дослідницьким центром (NCCR) PlanetS, університетами Берна (UNIBE) і Цюріха (UZH), а також кількома міжнародними установами, дослідники виявили дивовижну планетарну систему WASP-132. У цій системі є не лише Гарячий Юпітер, а й внутрішня Суперземля та віддалений крижаний гігант. Опубліковані в Astronomy & Astrophysics, ці висновки кидають виклик існуючим теоріям про міграцію Гарячого Юпітера та висвітлюють різноманітні архітектури планетних систем.

Розуміння гарячих Юпітерів та їх утворення

Гарячі Юпітери — це гігантські планети з масою, порівнянною з Юпітером, але обертаються набагато ближче до своєї зірки, ніж Меркурій до Сонця. Така надзвичайна близькість робить малоймовірним формування цих планет там, де вони спостерігаються, оскільки поблизу зірки недостатньо газу та пилу, щоб підтримувати їх утворення. Натомість вони, ймовірно, формуються далі в системі та мігрують усередину з часом у міру розвитку планетарної системи.

«Ці результати накладають важливі обмеження на теорії формування планет».

Донедавна астрономи спостерігали, що Гарячі Юпітери були ізольовані навколо своєї зірки, без інших планет поблизу. Це спостереження було підтверджено теорією, згідно з якою внутрішня міграція планет-гігантів або викидає, або поглинає будь-які внутрішні планети під час процесу. Однак нові спостереження спростовують це припущення.

Команда під керівництвом факультету природничих наук Женевського університету (UNIGE) у співпраці з університетами Берна (UNIBE), Цюріха (UZH) і міжнародними партнерами, включаючи Університет Уоріка , виявила дивовижну мультипланетну систему. Ця система включає Гарячий Юпітер, внутрішню Суперземлю, яка знаходиться ще ближче до зірки, і масивну зовнішню планету-гігант, яка знаходиться набагато далі. Ці знахідки свідчать про те, що Гарячі Юпітери не завжди можуть бути ізольованими, і процес їх міграції має дозволити зберегти такі складні планетні організації.

Відкриття багатопланетної системи

Система WASP-132 є унікальною мультипланетною системою. Він містить гарячий Юпітер, який обертається навколо своєї зірки за 7 днів і 3 години; Суперземля (скеляста планета, маса якої в 6 разів перевищує масу Землі), яка обертається навколо зірки лише за 24 години 17 хвилин; і гігантська планета (у 5 разів більша за Юпітер), яка обертається навколо зірки-господаря за 5 років. Крім того, набагато більш масивний компаньйон, ймовірно, коричневий карлик (небесне тіло, маса якого знаходиться між масою планети та масою зірки), обертається на дуже великій відстані.

«Система WASP-132 є чудовою лабораторією для вивчення формування та еволюції багатопланетних систем. Відкриття гарячого Юпітера поряд із внутрішньою Суперземлею та віддаленою гігантською планетою ставить під сумнів наше розуміння формування та еволюції цих систем», — каже Франсуа Буші, доцент кафедри астрономії факультету природничих наук UNIGE та співавтор дослідження. «Це перший раз, коли ми спостерігали таку конфігурацію!», — додає Солен Ульмер-Молл, докторант UNIGE та UNIBE під час дослідження та співавтор статті.

Довгострокові спостереження виявляють складні системи

Для екзопланетологів історія зірки WASP-132 почалася у 2006 році в рамках програми ширококутного пошуку планет (WASP). У 2012 році накопичення понад 23 000 фотометричних вимірювань дозволило ідентифікувати кандидата на планету WASP-132b з радіусом, що дорівнює 0,87 радіуса Юпітера, і орбітальним періодом 7,1 дня. У 2014 році спектрограф CORALIE, встановлений на швейцарському телескопі Ейлера під керівництвом UNIGE, розпочав кампанію моніторингу цього кандидата. У 2016 році WASP-132b було підтверджено, і його маса, за вимірюваннями, дорівнює 0,41 маси Юпітера. Крім того, вимірювання CORALIE вказують на наявність іншої гігантської планети з дуже довгим періодом.

Навколо цієї ж зірки наприкінці 2021 року космічний телескоп TESS виявив сигнал від транзитної Суперземлі з діаметром 1,8 радіуса Землі та періодом лише 1,01 дня. У першій половині 2022 року спектрограф HARPS в обсерваторії Ла Сілла виміряв масу цієї Суперземлі, яка в шість разів перевищує масу Землі, у рамках програми під керівництвом Девіда Армстронга з Університету Уоріка.

«Виявлення внутрішньої Суперземлі було особливо захоплюючим», — пояснює Нолан Грівз, докторант кафедри астрономії факультету природничих наук UNIGE під час дослідження та перший автор статті. «Нам довелося провести інтенсивну кампанію з використанням HARPS і оптимізованої обробки сигналу, щоб охарактеризувати його масу, щільність і склад, виявивши планету з щільністю, подібною до Землі».

Однак спостереження за WASP-132 ще не закінчено, оскільки супутник Gaia ESA вимірював найдрібніші варіації в положеннях зірок з 2014 року з метою виявити їхніх планет-супутників і зовнішніх коричневих карликів.

Перегляд теорій з новими відкриттями

Відкриття зовнішньої холодної планети-гіганта та внутрішньої Суперземлі додає ще один рівень складності системі WASP-132. Стандартна гіпотеза про міграцію внаслідок динамічного збурення Гарячого Юпітера всередину не справджується, оскільки це могло б дестабілізувати орбіти двох інших планет. Натомість їх присутність свідчить про більш стабільний і динамічно «холодний» шлях міграції в протопланетному диску для гарячого Юпітера, зберігаючи його сусідів.

Поєднання точних вимірювань радіуса та маси також дозволило визначити щільність і внутрішній склад планет. Гарячий Юпітер WASP-132b показує збагачення важкими елементами близько 17 мас Землі, що узгоджується з моделями утворення газових гігантів. Склад Суперземлі, де переважають метали та силікати, досить схожий на склад Землі.

«Поєднання Гарячого Юпітера, внутрішньої Суперземлі та зовнішньої планети-гіганта в одній системі створює важливі обмеження для теорій формування планет і, зокрема, процесів їх міграції», — підсумовує Равіт Хеллед, професор UZH і співавтор автор дослідження. «WASP-132 демонструє різноманітність і складність багатопланетних систем, підкреслюючи необхідність дуже тривалих, високоточних спостережень».