Издание Cosmo Science сообщает, что в постоянно расширяющемся каталоге экзопланет, инопланетный мир, получивший название TOI-4507 b, стал серьезным исключением, бросающим вызов основополагающим моделям формирования планет и орбитальной эволюции. Представленное международной группой астрономов детальное описание этого инопланетного мира рисует картину столь же причудливую, сколь и поучительную.

Издание сообщает, что TOI-4507 b — это не просто другая экзопланета; это космический парадокс: разреженный, невероятно раздутый газовый гигант, вращающийся на удивительно большом расстоянии от своей молодой звезды, при этом двигаясь по орбите, почти перпендикулярной собственной плоскости вращения звезды. Это уникальное сочетание характеристик, каждая из которых необычна сама по себе, но ошеломляет в совокупности, и предполагает, что наше понимание ранних, хаотичных лет планетных систем все еще крайне неполно, указывая на бурную и динамичную историю, гораздо более сложную, чем предполагалось ранее.

Открытие было сделано с использованием данных спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), который зафиксировал слабое периодическое затемнение звезды TOI-4507, когда планета проходила перед ней. Последующие наблюдения использовали метод лучевых скоростей с мощными наземными инструментами, такими как спектрограф HARPS, для измерения массы планеты. Объединенные данные выявили мир с радиусом примерно в 1,3 раза больше Юпитера, но с массой в пять раз меньше. Это приводит к исключительно низкой плотности, сравнимой с плотностью пенопласта, что классифицирует TOI-4507 b как ультра-пухлую, «супер-пухлую» планету. Доктор Аня Шарма (Dr. Anya Sharma), ведущий автор исследования из Кембриджского университета, заявила: «Когда мы рассчитали плотность, нам пришлось перепроверить данные. Это колоссальный, раздутый мир, настоящий гигант, весом с перышко. Его атмосфера, должно быть, чрезвычайно растянута, что является следствием интенсивного внутреннего нагрева, который мы только начинаем понимать».

Образование экзопланет класса «Раздутые Юпитеры» часто объясняют механизмами, которые обеспечивают дополнительной энергией их недра, предотвращая сжатие атмосферы и поддерживая их в раздутом состоянии. Для экзопланет, вращающихся очень близко к своим звездам, это легко объяснить приливным нагревом или интенсивным звездным излучением. Однако TOI-4507 b не поддается этому объяснению. Планета вращается вокруг своей звезды на значительном расстоянии, приблизительно 0,3 астрономических единиц (а.е.), что находится за пределами зоны, где одно только звездное излучение могло бы объяснить подобную раздутость. На таком расстоянии, получая гораздо меньше внешнего тепла, раздутая природа планеты подразумевает мощный внутренний источник тепла. Одна из ведущих гипотез заключается в том, что планета все еще охлаждается и сжимается с момента своего первоначального образования, процесс, который занимает миллиарды лет, и молодость TOI-4507 делает это объяснение убедительным, хотя и не совсем достаточным. Другая, более драматичная теория предполагает, что приливные силы от возможного, пока еще не обнаруженного массивного компаньона в системе, влияют на недра планеты и генерируют тепло посредством трения.

В то же время возраст родительской звезды TOI-1507 b, TOI-4507 оценивается всего в 300 миллионов лет – это очень мало по сравнению с нашим Солнцем, которому 4,6 миллиарда лет. Открытие полностью сформировавшейся газовой планеты-гиганта на значительном орбитальном расстоянии на столь раннем этапе развития системы ставит под сомнение модели формирования планет, основанные на аккреции в ядре. Эта теория утверждает, что планеты формируются в результате медленного, постепенного столкновения и накопления пыли и газа в протопланетном диске. 

Доктор Бен Картер (Dr. Ben Carter), соавтор и специалист по моделированию из Университета Аризоны, прокомментировал: «Обнаружение газового гиганта такого размера и на таком орбитальном расстоянии вокруг столь молодой звезды — все равно что обнаружить взрослого человека в детском саду. Это заставляет нас задуматься о том, что некоторые планеты могут формироваться гораздо быстрее, чем мы предполагали, возможно, посредством более быстрого механизма гравитационного коллапса в особенно плотных областях диска».

Однако самым поразительным открытием, которое действительно выделяет TOI-4507 b среди других, является наклон ее орбиты. Благодаря методу, называемому эффектом Росситера-Маклафлина, астрономы могут измерить угол между орбитой планеты и экваториальной плоскостью ее звезды. В большинстве солнечных систем, включая нашу, планеты образуются из вращающегося, сплющенного диска из газа и пыли, в результате чего их орбиты примерно совпадают с направлением вращения звезды. TOI-4507 b демонстрирует совершенно иное поведение. Ее орбита сильно смещена, наклонена под почти перпендикулярным углом примерно в 87 градусов. Это означает, что планета не вращается в ожидаемой плоскости, а вместо этого вращается над полюсами звезды по полярной орбите, конфигурация, которая встречается исключительно редко.

Изображение: экзопланета, by NASA Hubble Space Telescope on Unsplash