Космічний телескоп TESS, який полює на екзопланети, протягом семи років спостерігав, як гарячий Юпітер TOI-2535b регулярно проходить перед своєю зіркою. Потім транзити раптово зникли. Новий аналіз даних показує, що планета нікуди не поділася: її орбіта просто «захиталася» так, що з нашої точки зору вона більше не затуляє зорю. Про це йдеться в дослідженні, про яке розповідає Universe Today.
TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) вже виявив понад 8 100 кандидатів в екзопланети, з яких більш як тисячу підтверджено. Хоча місія була орієнтована насамперед на менші світи, на кшталт суперземель і субнептунів, телескоп знайшов і багато гарячих Юпітерів — масивних газових гігантів на дуже тісних орбітах.
Планета, транзити якої зникли на наших очах
TOI-2535b — гарячий Юпітер на відстані близько тисячі світлових років. У статті в The Astrophysical Journal Letters, що має назву «A TESS Disappearing Act: The Vanishing Transits of TOI-2535 b», команда під керівництвом Самуела Йі (Samuel Yee) з UCLA повідомляє, що це перший підтверджений випадок, коли транзити планети навколо одинокої зірки спочатку спостерігалися, а потім повністю зникли.
Метод транзитів працює лише тоді, коли орбіта планети майже точно вирівняна з нашою лінією зору. Але таке вирівнювання не є незмінним. У планетних системах постійно відбуваються гравітаційні взаємодії, які можуть трохи змінювати нахил орбіт.
Автори пояснюють: щоб ми бачили транзит, орбітальна площина має бути спрямована до нас з точністю до кількох градусів. Навіть невелика зміна нахилу призводить до вимірюваних змін форми транзиту, а при достатньо великій зміні планета взагалі перестає проходити диском зірки з нашої точки зору.
«Якщо варіація відбувається досить швидко, і нам щастить впіймати планету в потрібній фазі її еволюції нахилу, ми можемо побачити, як її транзити з’являються або зникають», — зазначають дослідники.
Незвичайні коливання орбіти гарячого Юпітера
Спостереження TESS у кількох секторах показали, що TOI-2535b не просто «вимкнулася». З роками повільно змінювалися і час транзитів, і їхня форма. Це вказує на те, що орбіта планети поступово нахилялася.
Подібна поведінка відома в так званих циркумбієнарних планет, що обертаються навколо подвійних зір. Там швидкі зміни параметрів транзиту трапляються часто, і планета може по черзі затуляти обидві зорі, одну чи жодної. Але TOI-2535b обертається навколо єдиної зірки, тому настільки сильні зміни нахилу вважаються рідкістю.
Самуель Йі пояснює, що наша інтуїція про «годинникову точність» Всесвіту не завжди працює: кілька планет у системі можуть суттєво впливати на орбіти одна одної. У TOI-2535b це, за його словами, «найекстремальніший приклад», який астрономи спостерігали, оскільки взаємодія настільки сильна, що нахил орбіти змінюється помітно на людських часових масштабах.
Невидимий сусід, що смикає орбіту
Ключ до розв’язання загадки — у тонких вимірюваннях, які називають варіаціями тривалості транзиту (Transit Duration Variations, TDV). Це невеликі, але регулярні зміни часу, потрібного планеті, щоб пройти перед диском зірки.
За оцінками авторів, TOI-2535b демонструє найбільші відомі TDV і зміну нахилу орбіти серед всіх планет, що обертаються навколо одиничної зорі. Період прецесії — обертання орбітальної площини в просторі — становить лише кілька десятиліть, що надзвичайно швидко. У системі також зафіксовано одні з найбільших варіацій часу транзиту (Transit Timing Variations, TTV), і це рекорд серед гарячих Юпітерів.
Ці дані найкраще пояснює присутність ще однієї планети-сусіда, не меншої за Сатурн за масою. Вона перебуває в резонансі з TOI-2535b, тобто їх орбітальні періоди пов’язані простим числовим співвідношенням. Гравітаційні «поштовхи» цього сусіда змушують орбіту гарячого Юпітера нахилятися так, що згодом транзити зникають.
Це робить TOI-2535b однією з небагатьох відомих систем, де в гарячого Юпітера є близький компаньйон. Ба більше, сусід, ймовірно, також є гігантською планетою з коротким періодом обертання. У більшості інших подібних систем супутники гарячих Юпітерів — значно менші світи на кшталт суперземель чи субнептунів.
Виклик моделям формування планет
Пара масивних газових гігантів на тісних, резонансних орбітах біля зірки — не те, що передбачають стандартні моделі формування планет. Дослідники вважають малоймовірним, що така система виникла через так звану високоексцентриситетну міграцію, яку часто розглядають як пояснення походження більшості гарячих Юпітерів.
Розглядаються інші сценарії міграції. В одному з них планета спочатку отримує дуже витягнуту орбіту через сильну взаємодію чи майже зіткнення з іншим об’єктом, а потім гравітація зірки поступово затягує її всередину, де вона оселяється як гарячий Юпітер. В іншому випадку гіганти повільно спіралюють до зірки разом з іншими планетами всередині протопланетного диска.
Однак газовий диск зазвичай швидко згладжує нахили орбіт, тоді як TDV для TOI-2535b вимагають помітного ненульового нахилу. Це означає, що після розсіювання диска повинно було статися додаткове «збудження» орбіт.
Існують й інші теоретичні можливості, але, за словами авторів, вони працюють лише в дуже специфічних умовах. Щоб віддати перевагу якомусь одному сценарію, астрономам потрібно точніше визначити структуру всієї системи — поки що це завдання на майбутнє.
Динаміка TOI-2535b і її сусіда особливо приваблива для дослідників тим, що еволюцію орбіт можна спостерігати на часових масштабах усього кількох років. «Варіації TDV для TOI-2535b — один із найекстремальніших прикладів того, як взаємодія планета–планета змінює орбіти на людських часових масштабах», — підсумовують автори.
Як зазначає Йі, той факт, що гарячий Юпітер має близького масивного сусіда, говорить на користь сценарію повільної міграції всередину, а не «викидання» на тісну орбіту одним різким гравітаційним поштовхом. Це може бути рідкісний, але дуже показовий шлях формування систем із гарячими Юпітерами.