Уявіть собі планету розміром з Юпітер, але настільки легкою, що її середня густина менша, ніж у цукрової вати на паличці. А тепер уявіть, що таких «ватяних» гігантів навколо однієї зорі одразу двоє. Саме таку дивну систему описує нове дослідження, про яке розповідає Space.com.
Що відомо коротко
- Виявлено дві екзопланети TOI-791 b і TOI-791 c з надзвичайно малою густиною, нижчою за цукрову вату.
- Обидві планети мають розміри, близькі до Юпітера, але їхня густина у десятки разів менша, ніж у найбільшого газового гіганта Сонячної системи.
- Юпітер у 28 разів густіший за TOI-791 c і у 35 разів густіший за TOI-791 b.
- Планети обертаються навколо карликової зорі TOI-791, що розташована приблизно за 1110 світлових років від Землі.
- Орбіти цих світів перебувають у рідкісному резонансі 5:3, а їхні транзити через диск зорі тривають близько 11 годин кожен.
Чому «супер-пухкі» планети такі дивні
У звичному уявленні газовий гігант — це щось на кшталт Юпітера чи Сатурна: величезна куля з водню й гелію, досить масивна й «щільна» для свого розміру. Але супер-пухкі планети ламають це правило. Вони більше схожі на гігантські повітряні кулі, наповнені газом, де більшість об’єму — порожнеча.
Якщо порівняти, Юпітер — це важка гиря, а TOI-791 b і TOI-791 c — величезні, майже невагомі кулі з піни. Вони мають подібний діаметр, але всередині набагато менше речовини, тому середня густина виходить надзвичайно низькою. Саме тому астрономи й називають їх «цукрово-ватяними» світами.
Орбітальний «танець» у резонансі 5:3
Незвичайність цих планет не обмежується лише їхньою пухкістю. TOI-791 b і TOI-791 c беруть участь у своєрідному гравітаційному танці. Внутрішня планета встигає зробити п’ять обертів навколо зорі за той час, поки зовнішня робить три. Такий стан називають резонансом середнього руху 5:3.
Через цей резонанс планети постійно «смикають» одна одну гравітацією. Це трохи змінює моменти, коли вони проходять перед диском своєї зорі з нашої точки зору. Такі проходження називаються транзитами, і саме завдяки їм ми взагалі помічаємо далекі екзопланети.
Транзити TOI-791 b і TOI-791 c виявилися одними з найдовших, які коли-небудь спостерігали: кожен триває близько 11 годин. Це означає, що планети повільно «пропливають» перед своєю зорею, поступово зменшуючи її яскравість — ніби хтось повільно проводить перед лампою напівпрозору завісу.
Як знайшли ці «цукрово-ватяні» світи
Перші натяки на існування TOI-791 b і TOI-791 c з’явилися у 2019 та 2023 роках. Тоді група громадських науковців Planet Hunters аналізувала дані космічного телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), який шукає екзопланети саме за їхніми транзитами.
TESS спостерігає за зорями з орбіти навколо Землі й фіксує крихітні падіння яскравості, коли планета проходить перед диском зорі. Такі падіння можуть бути зовсім незначними, але для чутливих приладів це — чіткий сигнал: щось велике перетнуло шлях світла.
Після попередньої ідентифікації кандидатів команда на чолі з Джорджем Дрансфілдом (George Dransfield) з Оксфордського університету використала наземні телескопи по всьому світу, зокрема телескоп ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) на станції Конкордія в Антарктиді. Так їм вдалося точніше виміряти розміри й густину планет і зрозуміти, що це рідкісні супер-пухкі газові гіганти.
Як могли народитися такі надлегкі гіганти
Походження супер-пухких планет залишається загадкою. Одна з провідних гіпотез говорить, що вони формуються у далеких, холодних частинах протопланетних дисків — хмар газу й пилу, які оточують молоді зорі. Там невеликі тверді ядра можуть повільно нарощувати навколо себе величезні оболонки з водню та гелію.
У такому сценарії планета нагадує маленьке кам’яне ядро, загорнуте у гігантську, дуже легку «шубу» з газу. Саме ця шуба й робить її настільки роздутим і малощільним світом. Але чи завжди супер-пухкі планети народжуються саме так — відкрите питання.
Система TOI-791 дає астрономам унікальну лабораторію для перевірки різних сценаріїв. Дві подібні планети в одному місці дозволяють порівнювати їхні властивості й шукати спільні риси та відмінності, які підкажуть, як саме вони з’явилися.
Що планують дослідити за допомогою «Джеймса Вебба»
Наступний крок — заглянути в атмосфери TOI-791 b і TOI-791 c. Член команди Аморі Тріо (Amaury Triaud) з Бірмінгемського університету пояснює, що вчені хочуть використати космічний телескоп James Webb, аби з’ясувати, які хімічні елементи приховують ці «повітряні кулі».
Особливий інтерес становлять сполуки вуглецю, азоту й кисню. Якщо їх вдасться виявити в атмосфері, це дасть підказки про те, в якій частині протопланетного диска формувалися ці світи та як вони еволюціонували. Різні сценарії утворення передбачають різний хімічний «підпис» у газовій оболонці.
Результати дослідження команди були опубліковані в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, але для повного розуміння цих дивних планет потрібні нові спостереження.
Цікаві факти
- 🪐 Відомо лише кілька супер-пухких планет, і знайти одразу дві в одній системі — надзвичайна рідкість.
- 🍭 Густина TOI-791 b і TOI-791 c настільки мала, що в середньому вони «легші» за цукрову вату.
- ❄️ Для підтвердження їхньої природи використовували телескоп в Антарктиді, на одній з найекстремальніших наукових станцій планети.
FAQ
Ці планети справді можуть бути легшими за цукрову вату?
Йдеться про середню густину, а не про те, що планету можна буквально зважити на вагах. Якщо розподілити всю масу планети по її об’єму, отримаємо значення, менше за густину цукрової вати. Це означає, що більша частина планети — дуже розріджений газ.
Чому такі супер-пухкі планети зустрічаються так рідко?
Ймовірно, умови для їхнього утворення й збереження дуже специфічні. Вони можуть легко втратити свою роздуту атмосферу під дією випромінювання зорі або гравітаційних збурень, тому більшість таких світів або не формується, або швидко змінюється.
Чи можуть на таких планетах існувати океани або тверда поверхня?
За нинішніми уявленнями, супер-пухкі газові гіганти не мають твердої поверхні, як Земля. Якщо й існує кам’яне або крижане ядро, воно заховане глибоко під товстим шаром газу. Тому про океани чи поверхневі моря, подібні до земних, мова не йде.
Навіщо вивчати такі екзотичні світи, якщо вони не схожі на Землю?
Супер-пухкі планети допомагають перевіряти теорії формування планетних систем загалом. Розуміючи, як виникають навіть найекзотичніші світи, астрономи краще розуміють, як з’явилися й більш «звичайні» планети, включно з тими, що потенційно можуть бути придатними для життя.
🤯 Дві гігантські кулі газу, легші за цукрову вату, що танцюють у точному ритмі навколо далекої зорі, показують, наскільки різноманітними можуть бути планетні світи. Кожне таке відкриття розширює межі нашої уяви про те, що взагалі можливо у Всесвіті, і нагадує: навіть знайомі нам типи планет можуть мати абсолютно несподівані втілення.
???????: Space Astronomy