Масса ядра гигантской экзопланеты WASP-107b намного ниже, чем считалось необходимым для создания огромной газовой оболочки, окружающей гигантские планеты, такие как Юпитер и Сатурн, выяснили астрономы Монреальского университета.
Это интригующее открытие аспирантки Каролины Пиоле из Института исследований экзопланет Удема (iREx) предполагает, что планеты-газовые гиганты формируются гораздо легче, чем считалось ранее.
Эта работа затрагивает самые основы того, как могут формироваться и расти планеты-гиганты. Это дает конкретное доказательство того, что массивная аккреция газовой оболочки может быть вызвана для ядер, которые намного менее массивны, чем считалось ранее.
Как большой, как Юпитер, но в 10 раз легче
WASP-107b был впервые обнаружен в 2017 году вокруг WASP-107, звезды примерно в 212 световых годах от Земли в созвездии Девы. Планета находится очень близко к своей звезде—более чем в 16 раз ближе, чем Земля к Солнцу. Такая же большая, как Юпитер, но в 10 раз легче, WASP-107b-одна из наименее плотных известных экзопланет: тип, который астрофизики окрестили "супер-слоеными" или "сахарными" планетами.
Пиоле и ее команда впервые использовали наблюдения WASP-107b, полученные в обсерватории Кека на Гавайях, чтобы более точно оценить его массу. Они использовали метод лучевой скорости, который позволяет ученым определить массу планеты, наблюдая за колебательным движением ее звезды-хозяина из-за гравитационного притяжения планеты. Они пришли к выводу, что масса WASP-107b составляет примерно одну десятую массы Юпитера, или примерно в 30 раз больше массы Земли.
Затем команда провела анализ, чтобы определить наиболее вероятную внутреннюю структуру планеты. Они пришли к удивительному выводу: при такой низкой плотности планета должна иметь твердое ядро не более чем в четыре раза больше массы Земли. Это означает, что более 85 процентов его массы входит в толстый слой газа, который окружает это ядро. Для сравнения, Нептун, который имеет такую же массу, как WASP-107b, имеет только от 5 до 15 процентов своей общей массы в своем газовом слое.
-У нас было много вопросов о WASP-107b, - сказала Пиоле. - Как могла образоваться планета с такой низкой плотностью? И как он удерживал свой огромный слой газа от выхода, особенно учитывая близость планеты к своей звезде?
"Это побудило нас провести тщательный анализ, чтобы определить историю его формирования."
Газовый гигант в процессе формирования
Планеты формируются в диске из пыли и газа, который окружает молодую звезду, называемую протопланетным диском. Классические модели образования газовых гигантов основаны на Юпитере и Сатурне. В них твердое ядро, по крайней мере в 10 раз более массивное, чем Земля, необходимо для накопления большого количества газа, прежде чем диск рассеется.
Считалось, что без массивного ядра планеты-газовые гиганты не смогут преодолеть критический порог, необходимый для создания и сохранения их больших газовых оболочек.
Как же тогда объяснить существование WASP-107b, который имеет гораздо менее массивное ядро? Профессор Университета Макгилла и член iREx Ева Ли, всемирно известный эксперт по сверхплотным планетам, таким как WASP-107b, имеет несколько гипотез.
"Для WASP-107b наиболее вероятным сценарием является то, что планета сформировалась далеко от звезды, где газ в диске достаточно холодный, чтобы аккреция газа могла произойти очень быстро", - сказала она. - Позже планета смогла мигрировать в свое нынешнее положение либо через взаимодействие с диском, либо с другими планетами системы."
Открытие второй планеты, WASP-107c
Наблюдения Кека за системой WASP-107 охватывают гораздо более длительный период времени, чем предыдущие исследования, что позволило исследовательской группе под руководством UdeM сделать дополнительное открытие: существование второй планеты, WASP-107c, с массой около одной трети массы Юпитера, значительно больше, чем у WASP-107b.
WASP-107c также намного дальше от центральной звезды; требуется три года, чтобы завершить одну орбиту вокруг нее, по сравнению с 5,7 днями для WASP-107b. Также интересно: эксцентриситет этой второй планеты высок, то есть ее траектория вокруг звезды больше овальная, чем круговая.
Молодой исследователь планирует продолжить изучение WASP-107b, надеясь, что космический телескоп Джеймса Уэбба будет запущен в 2021 году, что даст гораздо более точное представление о составе атмосферы планеты.
