Астрономы столкнулись с загадкой, которая заставляет пересмотреть фундаментальные представления о рождении планет. В центре внимания – невероятный дуэт: крошечная, тусклая звезда и ее неожиданно огромный газовый спутник. Это открытие не просто удивило ученых – оно поставило под сомнение устоявшиеся теории и открыло новые горизонты в поисках внеземных миров.
Неожиданный Гигант в Царстве Карликов
На просторах Млечного Пути, на расстоянии примерно 172 световых лет от нас, находится звезда TOI-5205. Это красный карлик – самый распространенный тип звезд в нашей Галактике. Но TOI-5205 – не просто рядовой карлик. Ее масса составляет лишь жалкие 20% от массы нашего Солнца, что делает ее настоящей "легковесной" даже среди своих собратьев. Такие звезды, холодные и тусклые, долгое время считались негостеприимными для формирования крупных планет, особенно газовых гигантов, подобных Юпитеру или Сатурну. Их протопланетные диски – облака газа и пыли, из которых рождаются планеты, считались слишком бедными материалом и слишком маленькими, чтобы дать жизнь планетам-гигантам.
Именно поэтому открытие планеты TOI-5205b стало настоящим шоком для международной команды исследователей под руководством доктора Эдварда Брайанта из Уорикского университета (Великобритания). Анализируя данные, полученные с помощью могучего Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской Южной Обсерватории (ESO) в Чили, они обнаружили неоспоримые признаки присутствия гигантской планеты на орбите этой миниатюрной звезды.
Рекордсменка и её непослушный спутник
Открытие TOI-5205b установило важный рекорд: TOI-5205 стала самой маленькой и легкой звездой из всех известных на сегодняшний день, у которой астрономы обнаружили газового гиганта. Предыдущая "рекордсменка" по массе звезды-хозяина гигантской планеты была на целых 60% массивнее, чем TOI-5205!
Этот факт сам по себе подчеркивает исключительность ситуации.
Но странности на этом не заканчиваются. Сама планета TOI-5205b представляет собой не менее интригующий объект:
· Размер: Она чуть больше Сатурна.
· Масса: При этом ее масса примерно вдвое меньше массы Сатурна.
· Плотность: Такое соотношение массы и размера указывает на экстремально низкую плотность планеты. Это типичный "пухлый" газовый гигант, раздутый по неизвестным пока причинам.
· Орбита: Планета вращается очень близко к своей звезде, совершая полный оборот всего за несколько земных дней. Такие планеты называют "короткопериодическими".
Ледяная Загадка: Уникальная Атмосфера
Одной из самых поразительных особенностей TOI-5205b оказалась ее температура. В то время как большинство известных экзопланет-гигантов, находящихся на столь близких орбитах, раскалены до температур в 1000-2000 Кельвинов (это так называемые "горячие юпитеры"), атмосфера TOI-5205b относительно "прохладна".
По оценкам ученых, она нагрета лишь примерно до 420 Кельвинов (около 147 градусов Цельсия).
Эта неожиданно низкая температура открывает дверь для уникальных химических процессов в атмосфере планеты:
· Метановое доминирование: "Учитывая уровень излучения звезды, мы предполагаем, что в атмосфере TOI-5205b, вероятно, доминирует метан (CH4). Это само по себе большая редкость для подобных экзопланет", – поясняет профессор Амори Трио из Бирмингемского университета, соавтор исследования.
· Аммиачная надежда: "Температура достаточно низкая, чтобы в атмосфере теоретически мог присутствовать аммиак (NH3). Если это подтвердится, это будет первое в истории обнаружение аммиака в атмосфере экзопланеты!", добавляет профессор Трио с явным энтузиазмом.
Такая атмосфера превращает TOI-5205b в бесценную "природную лабораторию".
"Эта планета может стать эталонной экзопланетой для изучения метановых атмосфер и лучшей площадкой для исследования внесолнечных атмосфер, богатых углеродом, азотом и кислородом – ключевыми элементами для жизни, пусть и в неожиданных формах" подчеркивает профессор Трио.
Ключевой вопрос: Как такое вообще возможно?
Именно этот вопрос не дает покоя астрономам.
"Мы не совсем понимаем, как звезда с такой крошечной массой могла сформировать столь массивную планету!" – восклицает доктор Винсент Ван Эйлен из Лаборатории космических исследований Малларда (UCL), также участвующий в исследовании. Это откровенное признание отражает глубину загадки, брошенной TOI-5205b современной планетологии.
Существующие теории формирования планет оказались под ударом:
1. Теория Аккреции Ядра (Core Accretion): Это ведущая модель. Согласно ей, сначала формируется твердое каменное/ледяное ядро из пыли и планетезималей в протопланетном диске. Когда ядро достигает критической массы (примерно в 10 раз больше массы Земли), оно начинает стремительно притягивать и удерживать огромное количество газа из диска, превращаясь в газового гиганта.
Проблема: У маломассивной звезды вроде TOI-5205 протопланетный диск изначально содержал значительно меньше материала. Ученые считали, что в таком диске просто не хватит "строительных блоков", чтобы сформировать достаточно массивное ядро для запуска процесса аккреции газа в гигантскую планету. TOI-5205b явно сформировалась, значит, модель неполна или не работает в таких экстремальных условиях.
2. Гравитационная неустойчивость диска (Disk Instability): Альтернативная теория предполагает, что в очень массивных и холодных протопланетных дисках могут возникать локальные сгустки под действием собственной гравитации. Эти сгустки газа и пыли могут напрямую коллапсировать, быстро формируя газовые планеты-гиганты, минуя стадию медленного наращивания твердого ядра.
Проблема: Хотя эта модель теоретически могла бы объяснить быстрое формирование гиганта у маленькой звезды, существующие данные о системе TOI-5205 плохо согласуются и с ней.
Диск вокруг такой звезды вряд ли был достаточно массивным для возникновения неустойчивости.
"Находя планетные системы, столь радикально отличающиеся от нашей Солнечной, мы подвергаем проверке наши модели и глубже понимаем, как сформировалась наша собственная планетная семья" – резюмирует доктор Ван Эйлен.
Галактические последствия: Перепись планет под вопросом
Открытие TOI-5205b имеет далеко идущие последствия за пределы одной системы. "Большинство звезд в нашей Галактике – именно такие маленькие, маломассивные красные карлики, которые раньше считались неспособными удерживать газовых гигантов", – отмечает доктор Дэниел Бейлисс, доцент Уорикского университета.
"То, что у звезды TOI-5205 есть гигантская планета, серьезно меняет наши оценки общего числа подобных планет в Млечном Пути. Нам придется пересмотреть галактическую перепись экзопланет!"
Если газовые гиганты могут формироваться у самых маленьких звезд, которых подавляющее большинство, то общее количество таких планет в Галактике может быть значительно выше, чем предполагали самые смелые прогнозы. Это открывает новые перспективы для поиска экзопланет, особенно с помощью современных и будущих телескопов.
Будущее: Взгляд "Уэбба" в загадочную атмосферу
Разрешить загадку формирования TOI-5205b и детально изучить ее уникальную атмосферу астрономы планируют с помощью самого мощного космического телескопа в истории – "Джеймса Уэбба" (JWST).
Команда уже получила драгоценное время наблюдений на этом инструменте.
· Анализ атмосферы: Спектроскопия с "Уэбба" позволит с беспрецедентной точностью определить химический состав атмосферы TOI-5205b, подтвердить или опровергнуть доминирование метана, обнаружить аммиак, воду, угарный газ и другие молекулы. Это даст ключ к пониманию температурного режима и процессов, происходящих в этом "прохладном гиганте".
· Происхождение планеты: Тщательные измерения распределения элементов в атмосфере и их соотношений могут косвенно указать на то, как формировалась планета. Например, обилие тяжелых элементов по сравнению с водородом и гелием может свидетельствовать в пользу теории аккреции ядра (так как ядро вносит вклад в тяжелые элементы), в то время как состав, близкий к звездному, больше соответствовал бы модели гравитационной неустойчивости.
"Измерения распределения материала позволят нам вычислить размер и структуру потенциального ядра планеты и, наконец, определить, какой сценарий формирования сработал в этой невероятной системе" – объясняет доктор Брайант.
"Эта система ставит новые, фундаментальные задачи перед моделями формирования планет и представляет собой одну из самых интригующих целей для последующих наблюдений, особенно для детального изучения ее атмосферы" – подчеркивает соавтор исследования доктор Андрес Хордан из Института астрофизики "Миллениум" и Университета Адольфо Ибаньеса (Чили).
Неизведанные горизонты планетообразования
Открытие гигантской планеты TOI-5205b у крошечной звезды TOI-5205 – это не просто астрономическая диковинка. Это мощный вызов существующим теориям, яркая демонстрация того, что Вселенная всегда готова преподнести сюрприз.
Оно заставляет ученых пересматривать представления о минимальных требованиях для рождения газовых гигантов и переоценивать потенциал самых распространенных звезд Галактики – красных карликов – как хозяев разнообразных планетных систем.
Дальнейшие исследования, особенно с "Джеймсом Уэббом", обещают пролить свет на тайну формирования этого "космического Голиафа у Давида" и возможно раскрыть новые, неизвестные ранее механизмы рождения планет в экстремальных условиях.
TOI-5205b – это живое напоминание, что границы возможного в космосе постоянно расширяются, и самые захватывающие открытия часто ждут там, где мы их меньше всего ожидаем.
Как метко заметил доктор Ван Эйлен: "Именно ради таких открытий, которые заставляют нас чесать затылки и переписывать учебники, мы и ищем новые миры за пределами нашей Солнечной системы".