Найдены газовые гиганты, которые легче сахарной ваты

Астрономы обнаружили две планеты-гиганта с рекордно низкой плотностью. TOI-791 b и TOI-791 c настолько разрежены, что их плотность ниже плотности сахарной ваты. Эти газовые гиганты обращаются вокруг карликовой звезды спектрального класса F7, которая находится в южном созвездии Волана на расстоянии около 1110 световых лет от Земли.

Обе планеты близки по размеру к Юпитеру, но их плотность чрезвычайно мала: у TOI-791 b — 0,038 г/куб. см, у TOI-791 c — 0,047 г/куб. см. Для сравнения, средняя плотность Юпитера составляет 1,33 г/куб. см, что в 28–35 раз больше. Плотность сахарной ваты обычно около 0,05 г/куб. см, так что планеты даже легче.

Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (ссылка).

Гравитационный резонанс 5:3

Эти планеты, вероятно, сформировались из одного протопланетного диска вокруг молодой звезды. Они находятся в редком гравитационном резонансе 5:3: на каждые пять оборотов внутренней планеты внешняя совершает почти три. Из-за этого планеты постоянно взаимодействуют, вызывая сдвиги во времени прохождения по диску звезды.

Известно лишь о четырех других системах с несколькими такими планетами. Это делает систему TOI-791 уникальной для изучения формирования и эволюции планет.

TOI-791 b и TOI-791 c впервые были идентифицированы как кандидаты в планеты в 2019 и 2023 годах соответственно волонтерами проекта Planet Hunters TESS.

Когда планета проходит перед звездой (транзит), она частично затмевает свет. Глубина транзита позволяет оценить размер планеты. В этой системе ученые также обнаружили небольшие изменения во времени прохождения, вызванные гравитационным притяжением планет друг к другу. Анализ этих сдвигов позволил оценить массы и рассчитать их низкую плотность.

Открытие стало возможным благодаря восьми годам наблюдений, включая данные телескопа ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) на станции «Конкордия» в Антарктиде. Антарктическая зима обеспечила месяцы непрерывной темноты, что позволило зафиксировать исключительно длительные транзиты — более 11 часов каждый, за одно наблюдение. Это самые длинные непрерывные транзиты, наблюдавшиеся с Земли.

Причины низкой плотности

Ученые продолжают спорить о происхождении таких планет. Согласно одной из основных гипотез, они имеют обширные атмосферы, состоящие в основном из водорода и гелия, которые составляют большую часть их массы. Эти газовые оболочки могли сформироваться, когда планеты находились далеко от звезды, в холодных областях протопланетного диска, где газ остывал и накапливался вокруг твердого ядра.

Исследователи намерены провести дополнительные наблюдения, чтобы лучше понять процесс формирования и исключить некоторые популярные теории.

Ранее сообщалось о том, как две планеты мигрировали к звезде, «держась за руки» (подробнее).