Вчені відкрили гарячий суб-Нептун що зникне за 300 мільйонів років

За 106 світлових років від нас існує планета, приречена на зникнення. Вона повільно втрачає атмосферу під нещадним зоряним випромінюванням і через кількасот мільйонів років перетвориться на голу кам’яну кулю. У новому дослідженні, про яке повідомляє Phys.org, міжнародна команда астрономів під керівництвом Сімоне Філомено з Астрономічної обсерваторії Риму підтвердила існування екзопланети TOI-5734 b — гарячого суб-Нептуна, чиї параметри ставлять її на межу одного з найзагадковіших явищ планетарної науки. Цей об’єкт є рідкісним вікном у процеси, що формують і руйнують планети по всьому Всесвіті.

Що відомо коротко

• Планета TOI-5734 b відкрита за допомогою телескопа TESS і спектрографа HARPS-N, встановленого на Телескопі Галілео на Канарських островах.
• Радіус планети становить 2,1 радіуса Землі, маса — 9,1 маси Землі, орбітальний період — лише 6,18 доби.
• TOI-5734 b розташована на верхньому краї так званої «радіусної долини» — зони, де планети майже не зустрічаються.
• Вчені припускають, що планета є скелястим світом, майже позбавленим первинної атмосфери, або ж «водним світом».
• За розрахунками, через 300 мільйонів років планета повністю втратить свою атмосферну оболонку.

Що таке «радіусна долина»

Радіусна долина — це загадковий «провал» у розподілі розмірів екзопланет між 1,5 і 2,0 радіусами Землі. Планет таких розмірів виявляється аномально мало. Вчені вважають, що це пов’язано з фотоіспаровуванням: зоряне ультрафіолетове та рентгенівське випромінювання буквально здуває атмосферу планети, яка перебуває занадто близько до своєї зірки. В результаті планети або залишаються малими кам’яними тілами, або перетворюються на більші газові світи. Опинитися «на краю» цієї долини — надзвичайно нестабільна позиція.

TOI-5734 b знаходиться саме там. Це робить її унікальним об’єктом для розуміння, як саме відбувається цей перехід.

Деталі відкриття

Перший сигнал транзиту — характерне затемнення зірки під час проходження планети — телескоп TESS зафіксував ще у 2022 році. Однак для підтвердження планетарної природи сигналу знадобилися три окремих сектори спостережень TESS і детальна спектроскопія за допомогою HARPS-N.

Зірка-господар TOI-5734, також відома як TIC 9989136, є відносно молодим карликом спектрального класу K3–K4, розташованим на відстані 106 світлових років. Її радіус складає близько 0,64 радіуса Сонця, маса — 0,72 сонячної маси, ефективна температура — приблизно 4 750 K. Це менша і холодніша зірка, ніж наше Сонце, але не менш агресивна щодо своїх планет.

«У цій статті ми представляємо виявлення та характеристику транзитної молодої планетарної системи TOI-5734. Дослідження виконано із застосуванням трьох секторів TESS і спектроскопічних даних спектрографа HARPS-N», — пояснюють автори роботи.

Планета обертається навколо зірки на відстані лише 0,06 астрономічної одиниці — це вшестеро ближче, ніж Меркурій до Сонця.

Що показали нові спостереження

Незважаючи на розміри «між Землею і Нептуном», TOI-5734 b має густину, близьку до земної — дещо нижчу, але порівнянну. Це нетипово для планет таких розмірів: зазвичай суб-Нептуни мають значно меншу густину через велику частку газів. Такий результат вказує на те, що планета вже позбулася більшої частини своєї легкої первинної атмосфери.

Автори дослідження розглядають два сценарії подальшої долі планети. Перший — це кам’яний світ із майже знищеною атмосферою, що поступово «голіє» під дією зоряного вітру. Другий, менш імовірний, — «водний світ», де значну частку маси складає вода у надкритичному стані. Обидва варіанти свідчать про те, що планета мігрувала від більших орбіт до нинішнього положення протягом своєї еволюції — подібна картина спостерігається й у деяких зіткненнях екзопланет із супутниками, які демонструють складну динаміку планетарних систем.

Чому це важливо для науки

TOI-5734 b — це, по суті, планета, спіймана на місці злочину: прямо в момент, коли вона переходить із однієї категорії в іншу. Такі об’єкти дозволяють перевірити моделі фотоіспаровування і атмосферного стиснення — процесів, які визначають, чи стане планета придатною для життя чи залишиться безплідним камінням.

Для порівняння: нещодавно астрономи зафіксували рідкісну наднову SN 2024abvb, яка також дає цінні дані про еволюцію зоряних систем. Відкриття TOI-5734 b доповнює цю картину з боку планетарної науки. Адже якщо ми розуміємо, як планети втрачають атмосфери, ми краще розуміємо, чому Земля досі її зберігає — і що потрібно для того, аби планета залишалась придатною для виникнення життя.

Крім того, молода зірка-господар відкриває можливість дослідити ранні стадії планетарної еволюції — ті мільярди років, коли формуються або руйнуються умови для існування складного хімічного середовища. Схожа логіка застосовується і у вивченні теплих планет із коротким орбітальним роком, де зоряний вплив на еволюцію планети є вирішальним.

Цікаві факти

• TESS виявив понад 7 800 кандидатів в екзопланети, з яких підтверджено лише 733 — тобто кожен підтверджений об’єкт, як TOI-5734 b, є результатом ретельної перевірки, за даними NASA.
• «Радіусна долина» була теоретично передбачена у 2013 році і лише згодом підтверджена спостереженнями TESS і Kepler; вона вважається одним із ключових свідчень того, що зоряне випромінювання «сортує» планети за розміром, як описано в огляді журналу Annual Review of Earth and Planetary Sciences.
• Телескоп James Webb Space Telescope здатний аналізувати хімічний склад атмосфер таких планет через інфрачервону спектроскопію, що робить об’єкти на кшталт TOI-5734 b першочерговими цілями для майбутніх спостережень.
• Зірка TOI-5734 є відносно молодою — її вік означає, що планетарна система перебуває ще на активній стадії еволюції, коли процеси втрати атмосфери відбуваються особливо інтенсивно, згідно з даними arXiv.

FAQ

Що таке суб-Нептун і чим він відрізняється від Нептуна? Суб-Нептун — це планета з радіусом від 1,7 до 3,5 радіуса Землі, менша за справжній Нептун. TOI-5734 b має радіус 2,1 радіуса Землі й поєднує порівняно невеликий розмір із досить великою масою, що й робить її незвичною.

Чи може TOI-5734 b бути придатною для життя? Ні. Планета обертається надто близько до своєї зірки, її рівноважна температура є надто високою, а сама вона, найімовірніше, є скелястим або водним світом без стабільної атмосфери. Умов для відомих форм життя там немає.

Як саме телескоп TESS виявляє екзопланети? TESS відстежує яскравість зірок і фіксує мікроскопічні затемнення — транзити, — коли планета проходить між зіркою і телескопом. Падіння яскравості на частки відсотка дозволяє обчислити розмір і орбіту планети.