05.12.2023

«Необычайно массивная» - астрономы обнаружили планету, которой не должно быть

Исследователи из Университета штата Пенсильвания обнаружили необычайно массивную планету, вращающуюся вокруг сверххолодной карликовой звезды, что бросает вызов существующим теориям образования планет и звезд. Планета, получившая название LHS 3154b, имеет массу, более чем в 13 раз превышающую массу Земли, в то время как ее домашняя звезда LHS 3154 имеет массу значительно меньшую, чем Солнце. Фото: SciTechDaily com

Исследователи из Университета штата Пенсильвания обнаружили необычайно массивную планету LHS 3154b, вращающуюся вокруг сверхкрупной карликовой звезды. Эта находка, противоречащая существующим теориям, заставляет пересмотреть процессы формирования звезд и планет.

Открытие планеты, которая слишком массивна для своего солнца, ставит под сомнение то, что ранее было понятно о формировании планет и их солнечных систем, утверждают исследователи из Университета штата Пенсильвания.

В статье, опубликованной 30 ноября в журнале Science, исследователи сообщают об открытии планеты, более чем в 13 раз массивнее Земли, вращающейся вокруг «ультрахолодной» звезды LHS 3154, которая сама в девять раз менее массивна, чем Солнце. Соотношение масс вновь найденной планеты и домашней звезды более чем в 100 раз превышает соотношение масс Земли и Солнца.

Бросая вызов существующим теориям

Находка свидетельствует о том, что самая массивная из известных планет находится на близкой орбите вокруг сверххолодной карликовой звезды, наименее массивной и самой холодной звезды во Вселенной. Это открытие противоречит современным теориям образования планет вокруг малых звезд и является первым случаем, когда планета с такой большой массой была обнаружена на орбите такой маломассивной звезды.

«Это открытие лишний раз доказывает, как мало мы знаем о Вселенной», - сказал Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики Верн М. Вилламан из Университета штата Пенсильвания и соавтор статьи. «Мы не ожидали, что вокруг такой маломассивной звезды может существовать настолько тяжелая планета».

Художественная визуализация сравнения массы системы LHS 3154 и наших Земли и Солнца. Фото: Penn State University

Формирование звезд и планет

Он объяснил, что звезды образуются из больших облаков газа и пыли. После формирования звезды газ и пыль остаются в виде дисков материала, вращающихся вокруг новорожденной звезды, которые со временем могут превратиться в планеты.

«Ожидается, что планетарный диск вокруг маломассивной звезды LHS 3154 не обладает достаточной твердой массой для формирования планеты», - сказал Махадеван. «Но он существует, и теперь нам нужно пересмотреть наше понимание того, как формируются планеты и звезды».

Открытие с помощью HPF

Исследователи обнаружили планету больших размеров, получившую название LHS 3154b, с помощью астрономического спектрографа, построенного в Пенсильванском государственном университете группой ученых под руководством Махадевана. Прибор, получивший название Habitable Zone Planet Finder или HPF, был разработан для обнаружения планет, вращающихся вокруг самых холодных звезд за пределами нашей Солнечной системы, на поверхности которых может существовать жидкая вода - ключевой ингредиент для жизни.

Обнаружение планет вокруг ультрахолодных звезд

Хотя такие планеты очень трудно обнаружить вокруг звезд, подобных Солнцу, низкая температура ультрахолодных звезд означает, что планеты, способные иметь жидкую воду на своей поверхности, находятся гораздо ближе к своей звезде по сравнению с Землей и Солнцем. Это меньшее расстояние между планетами и их звездами в сочетании с низкой массой сверххолодных звезд приводит к появлению заметного сигнала, сообщающего о присутствии планеты, объясняет Махадеван.

«Подумайте об этом так, как будто звезда - это костер. Чем больше костер остывает, тем ближе к нему нужно подходить, чтобы согреться», - сказал Махадеван. «То же самое верно и для планет. Если звезда холоднее, то планета должна быть ближе к ней, чтобы быть достаточно теплой и содержать жидкую воду. Если планета находится на достаточно близкой орбите к сверххолодной звезде, мы сможем обнаружить ее, заметив очень тонкие изменения в цвете спектра или света звезды под воздействием орбитальной планеты».

Художественная визуализация возможного вида с LHS 3154b на ее звезду-хозяина малой массы. Учитывая большую массу, LHS 3154b, вероятно, имеет нептуноподобный состав. Фото: Penn State

Значение HPF

Расположенный на телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Макдональда в Техасе HPF проводит одни из самых высокоточных на сегодняшний день измерений подобных инфракрасным сигналам от близких звезд.

«Открытие, сделанное с помощью HPF, было особенным, поскольку это новый инструмент, который мы спроектировали, разработали и построили с нуля для изучения неизведанной популяции планет вокруг звезд с самой низкой массой», - сказал Гурмундур Стефанссон, научный сотрудник астрофизического факультета Принстонского университета имени Сагана НАСА и ведущий автор статьи, который участвовал в разработке HPF и работал над исследованием в качестве аспиранта в Пенсильванском университете. «Теперь мы пожинаем плоды, узнавая новые и неожиданные аспекты этой захватывающей популяции планет, вращающихся вокруг некоторых из самых близких звезд».

Стефанссон пояснил, что прибор уже дал важную информацию для открытия и подтверждения новых планет, но обнаружение планеты LHS 3154b превзошло все ожидания.

Переосмысление теорий формирования планет

«Судя по текущим наблюдениям с помощью HPF и других инструментов, объект, подобный тому, который мы обнаружили, скорее всего, крайне редок, поэтому его обнаружение было действительно волнующим», - говорит Меган Деламер, аспирантка астрономического факультета Пенсильванского университета и соавтор статьи. «Наши нынешние теории образования планет с трудом учитывают то, что мы видим».

В случае с массивной планетой, обнаруженной на орбите звезды LHS 3154, тяжелое планетарное ядро, определенное в результате измерений команды, требует большего количества твердого материала в планетообразующем диске, чем предсказывают существующие модели, пояснила Деламер. Это открытие также ставит под сомнение прежние представления о формировании звезд, поскольку соотношение массы пыли и пыли к газу в диске, окружающем такие звезды, как LHS 3154, когда они были молодыми и только что сформированными, должно было быть в 10 раз выше, чем наблюдалось, чтобы сформировать такую массивную планету, как та, которую обнаружила команда.

«То, что мы обнаружили, является серьезным экзаменом для всех существующих теорий формирования планет», - сказал Махадеван. «Именно для этого мы и создавали HPF, чтобы выяснить, как звезды в нашей галактике формируют планеты, и найти эти планеты».

Источник: scitechdaily.com