Уявіть собі планету розміром з Юпітер, але настільки легкою, що за густиною вона програє навіть цукровій ваті. Саме такі «космічні солодощі» описує нове дослідження, про яке розповідає видання Refractor: дві гігантські екзопланети виявилися одними з найнесприятніших за густиною об’єктів, які будь-коли знаходили астрономи.
Що відомо коротко
- Відкрито дві гігантські екзопланети TOI-791 b і TOI-791 c з надзвичайно малою густиною.
- Обидві планети приблизно розміру Юпітера, але значно «пухкіші» за нього.
- Густина TOI-791 b становить лише 0,038 г/см³, а TOI-791 c — 0,047 г/см³, тобто менше, ніж у цукрової вати (~0,05 г/см³).
- Система розташована приблизно за 1110 світлових років у сузір’ї Летючої Риби (Volans) і обертається навколо зорі типу F7.
- Планети перебувають у рідкісному резонансі 5:3 і належать до рідкісного класу так званих «супер-пухких» планет.
Як може існувати планета легша за цукрову вату
Звично ми уявляємо гігантські планети як щось неймовірно масивне й щільне. Для порівняння: середня густина Юпітера — близько 1,33 г/см³, а Землі — приблизно 5,5 г/см³. На цьому тлі TOI-791 b і TOI-791 c виглядають майже як надувні кулі.
Якщо уявити, що планета — це валіза, то Земля — це валіза, набита камінням, Юпітер — валіза, повна води, а TOI-791 b і c — валізи, наповнені легким газом і шматочками вати. Об’єм майже той самий, але маса в рази менша.
Саме тому астрономи називають такі світи «супер-пухкими» (super-puff): вони великі за розміром, але їхня речовина розподілена настільки розріджено, що середня густина падає до фантастично малих значень.
Де знаходяться ці «космічні солодощі» і як їх знайшли
TOI-791 b і TOI-791 c обертаються навколо карликової зорі типу F7 у сузір’ї Летючої Риби на відстані близько 1110 світлових років від нас. Їх вважають «братами й сестрами», які сформувалися в одному протопланетному диску — гігантській газо-пиловій «тарілці», що колись оточувала молоду зорю.
Перша планета, TOI-791 b, була виявлена у 2019 році, а друга, TOI-791 c, — у 2023 році. Обидві знайшли завдяки волонтерам проєкту Planet Hunters TESS — це громадська ініціатива, де звичайні люди допомагають аналізувати дані космічного телескопа TESS, шукаючи слабкі затемнення зірок, спричинені проходженням планет перед ними.
Після первинного відкриття професійні астрономи підключили наземні телескопи по всьому світу. Вони вимірювали, як планети впливають на світло зорі та на гравітаційний рух одна одної, щоб оцінити їхні маси й радіуси. Знаючи ці два параметри, можна обчислити густину — і саме тут виявився «ефект цукрової вати».
Додатково система TOI-791 виявилася ще й динамічно цікавою: планети перебувають у середньому руховому резонансі 5:3. Це означає, що поки внутрішня планета робить п’ять обертів навколо зорі, зовнішня встигає зробити майже рівно три. Такий «гравітаційний танець» змушує їх трохи смикати одна одну, що проявляється у вимірюваних зсувах часу транзитів.
Чому ці планети такі пухкі
Супер-пухкі планети — велика загадка для теорій формування планетних систем. На сьогодні відомо лише кілька систем, де є більше ніж одна така планета, тож TOI-791 — справжня знахідка.
Одна з провідних гіпотез полягає в тому, що значна частина маси TOI-791 b і c припадає на дуже товсті газові оболонки з водню та гелію. За версією вчених, ці оболонки могли сформуватися далеко від зорі, у холодних зовнішніх областях протопланетного диска. Там газ швидко охолоджується й легко накопичується навколо твердого ядра, утворюючи гігантську, але легку атмосферу.
Пізніше планети могли мігрувати ближче до своєї зорі, зберігши при цьому частину своєї «надутого» газового шару. Щоб перевірити цю ідею, дослідники планують спостереження за допомогою космічного телескопа James Webb. Вони хочуть з’ясувати, чи містять ці атмосфери сполуки вуглецю, азоту та кисню — це допоможе відтворити історію їхнього народження.
Чому відкриття TOI-791 важливе
Система TOI-791 — це природна лабораторія для вивчення того, як формуються й еволюціонують планети з екстремально низькою густиною. Оскільки в ній одразу дві супер-пухкі планети, астрономи можуть порівнювати їхні властивості між собою, не змінюючи при цьому зорю чи загальне середовище.
Дослідники наголошують, що попри вже майже 6300 відкритих екзопланет, природа продовжує підкидати сюрпризи. Кожна така «аномалія» додає новий фрагмент до великого пазла, з якого ми намагаємося скласти загальну картину формування планетних систем.
Подальші спостереження TOI-791 можуть не лише пояснити походження супер-пухких світів, а й підказати, наскільки часто подібні об’єкти трапляються в Галактиці та чи є вони проміжною ланкою між різними типами планет.
Цікаві факти
- 🪐 Відомо лише чотири інші системи, де є більше ніж одна супер-пухка планета, тож TOI-791 — дуже рідкісний випадок.
- 🍭 Густина TOI-791 b і c менша за густину цукрової вати, хоча за розміром вони конкурують із Юпітером.
- 👁️ Обидві планети спочатку знайшли не професійні астрономи, а волонтери громадського проєкту Planet Hunters TESS.
FAQ
Ці результати вже остаточні чи ще попередні?
Густини планет оцінені на основі наявних спостережень і опубліковані в науковій статті, але вчені планують подальші вимірювання. Нові дані, зокрема з космічного телескопа James Webb, можуть уточнити характеристики планет і структуру їхніх атмосфер.
Чому астрономи не знаходили такі планети раніше?
Супер-пухкі планети зустрічаються дуже рідко, а їхні сигнали в даних можуть бути слабкими або незвичними. Лише з появою великих оглядових місій на кшталт TESS і участю тисяч волонтерів стало можливим виявляти такі екзотичні об’єкти в масивних наборах спостережень.
Чи можуть подібні планети бути придатними для життя?
За нинішніми уявленнями, супер-пухкі гіганти з товстими оболонками водню й гелію навряд чи є придатними для життя в земному розумінні. Однак їхнє вивчення допомагає краще зрозуміти, як формуються й розташовуються в системах інші, потенційно більш «землеподібні» світи.
Що дасть вивчення їхніх атмосфер?
Хімічний склад атмосфер розповість, де саме в протопланетному диску вони сформувалися і як мігрували. Наприклад, співвідношення вуглецю, азоту й кисню може вказати, чи народилися вони в холодних зовнішніх регіонах, багатих на лід, чи ближче до зорі, де домінують інші процеси.
🤯 Кожна така «неможлива» планета нагадує, що наші уявлення про те, якими мають бути світи, — це лише гіпотези, які Всесвіт постійно перевіряє на міцність. Супер-пухкі гіганти на кшталт TOI-791 b і c показують, що навіть знайомі нам за розміром планети можуть виявитися зовсім іншими за своєю природою, ніж ми звикли думати.