Система з трьома надземлями

Нещодавно дослідники  повідомили про відкриття нової планетної системи. Астрономи зазначають, що в результаті спостережень зорі GJ9872 за допомогою космічного телескопа Кеплер було відкрито одразу три нових екзопланети.

GJ9872 – невелике світило, яке відноситься до оранжевих карликів і розташоване на відстані близько 100 світлових років від нас. Маса та радіус зорі складають приблизно 61% від відповідних у Сонця.

Три відкритих планети обертаються навколо своєї зорі на дуже невеликій відстані. Радіус GJ9872b складає близько 1,62 радіуса Землі. Планета обертається навколо зорі за 1,2 земної доби.

GJ9872c із радіусом 1,269 радіуса Землі обертається довше – за 3,6 доби, а GJ9872c із радіусом у 2,07 земного – за 6,2 доби.

Діапазон мас відкритих планет та їхня близькість до зорі видаються особливо цікавими. Саме у цьому діапазоні радіусів відбувається перехід від кам’янистих планет до газоподібних. Висока сила тяжіння надземель забезпечує їм значно кращу здатність накопичувати атмосферу та гідросферу, ніж у планет, розміром з Землю чи Марс. Як наслідок, астрономи припускають, що більшість масивних надземель можуть бути вкриті багатокілометровими океанами, а найбільш масивні з них – ще й протяжною атмосферою, густина якої не набагато відрізняється від води. Фактично чіткої межі між масивними надземлями не існує.

Дослідження атмосфер екзопланет

Тим цікавішим є те, що нововідкриті надземлі є транзитними, тобто їхні орбіти проходять зорею та спостерігачем на Землі. Світло від зорі GJ9872 при кожному транзиті проходить крізь атмосферу планети, тож за допомогою спектрального аналізу ми можемо спробувати встановити структуру та склад зовнішніх оболонок цих трьох планет.

Усі три планети знаходяться до своєї зорі значно ближче, ніж розрахована “зона, придатна для життя“. Тож їхні температури мають складати близько 1172, 811 та 680 градусів за Кельвіном відповідно. Зі схеми, опублікованої у статті  видно, що площина обертання планет зорієнтована не точно на Землю, а найвіддаленіша з планет фактично проходить краєм диску домашньої зорі. Тож, якщо у системі й існує зовнішня планета малої маси, яку досі не відкрито, то вона навряд виявиться транзитною.

Нині людству відомо вже 3500 підтверджених екзопланет та близько 4500 надійних кандидатів, відкритих легендарною місією Кеплер.

Дослідження екзопланет давно вже минули ту стадію, коли сенсаційними були самі відкриття. Тепер у дослідників накопичилося достатньо даних для того, аби не просто пересвідчитися у тому, що планети – надзвичайно розповсюджені у всесвіті об’єкти, але й поставити собі питання про те, з чого вони складаються та як виникли.

І перше, що вдається дослідити у планетах – це саме їхні атмосфери. Нещодавно вже було опубліковане дослідження атмосфери гарячої планети WASP-39b. Для цього було використано дані іншого космічного телескопа – Габбла. WASP-39 – схожа на Сонце зірка, що розташована у 700 світлових роках від нас.

Планета-мігрант

На відміну від Сонячної системи, найбільш помітною планетою тут є WASP-39b, що за своїми розмірами нагадує Сатурн, хоч і не має схожої системи кілець. Відмінність полягає у тому, що WASP-39b віддалена від своєї зорі на відстань, що у 8 разів менша за відстань між Сонцем та Меркурієм.

WASP-39b є припливно запертою і на ній дмуть скажені вітри, переносячи тепло з тієї півкулі, що завжди обернута до зорі, до темного боку, який ніколи не бачить світла. Тож, це дійсно незвична для нас планета.

Ба більше, аналіз показав, що попри надзвичайно високу температуру екзопланети (750 градусів за Цельсієм), її атмосфера містить у три рази більше водяної криги, ніж атмосфера Сатурна. Це говорить про те, що у минулому WASP-39b пережила справжнє “бомбардування” крижаними тілами. А це можливо лише у тому випадку, коли планета значно віддалена своєї зірки.

Питання про можливі міграції планет з однієї орбіти на іншу цікавить астрофізиків вже не перше десятиліття. Можливість чи неможливість подібних міграцій дуже сильно впливає на розуміння сценаріїв еволюції зоряних систем.

На сьогодні жодної міграції планет безпосередньо не спостерігалося. Однак усе нові й нові дані про  екзопланети говорять про те, що еволюція планетних систем може проходити дуже бурхливо.

Колись WASP-39b сформувалася неподалік своєї зорі, на відстані, що перевищує відстань від Землі до Сонця. Але потім, внаслідок якихось процесів, її орбіта змінилася. Спочатку WASP-39b перейшла на орбіту з великим  ексцентриситетом, а потім – на ту, на якій ми її спостерігаємо зараз.

Нова межа маси для екзопланет

Сам механізм утворення масивних планет тісно пов’язаний із їхньою сутністю. Річ у тім, що так само, як не існує чіткої межі між надземлями та крижаними й газовими гігантами, так само не існує чіткої межі між газовими гігантами та коричневими карликами – найменшими з відомих зірок.

Коричневі карлики мають приблизно той самий розмір, що і газові гіганти, однак є значно масивнішими та здатні випромінювати енергію. Крім того, як було визначено нещодавно у масивних планет та невеликих зір геть різні механізми утворення. Коричневі карлики формуються так само, як і більш масивні зірки, тобто внаслідок ущільнення газу.

Водночас, навіть планети, маса яких дорівнює кільком масам Юпітера, утворюються на основі твердого ядра, яке поступово вкривається оболонками: спочатку рідини, а згодом і газовими. Принаймні, саме так на проблему дивляться автори нещодавно опублікованого дослідження з Університету Джона Гопкінса.

За словами дослідників, межею між планетами та коричневими карликами є величина у 10 мас Юпітера. Саме такою є максимальна величина, до якої на тверде ядро може “налипнути” речовина, виходячи з сучасних уявлень про в’язкість протопланетних дисків. З іншого боку, механізм гравітаційного колапсу, характерний для зір, починає працювати тільки для газових хмар, починаючи з тих самих 10 мас Юпітера.

Сучасні проблеми дослідження екзопланет виходять з того факту, що 25 років тому ми знали про існування лише однієї планетної системи, тому всі наші припущення про походження та еволюцію планет астрономи будували на основі знань про нашу власну Сонячну систему. Аж ось з’явилися тисячі нових систем, які часто виходять за межі усталених теорій. Світ екзопланет продовжує підкидати нам усе нові й нові факти, а ми  продовжуємо збирати головоломку про те, як влаштований наш всесвіт.