Екзопланета, спіймана на "шпильковому повороті", сигналізує про те, як формуються гарячі юпітери

Астрономи відкрили планету, яка має найбільш витягнуту орбіту серед знайдених транзитних планет. Також вона рухається по орбіті у напрямку, зворотному напрямку обертання зорі навколо своєї осі, що дає змогу зрозуміти, як формуються, стабілізуються та еволюціонують масивні газові планети, відомі як гарячі юпітери.

Про відкриття розповідають в Університеті штату Пенсильванія, передають OstanniPodii.com. Відповідне дослідження було опубліковано 17 липня в журналі Nature.

"Ми спіймали цю масивну планету, яка робила різкий, шпильковий поворот під час її близького проходження до своєї зорі", - розповідає Суврат Махадеван, професор астрономії в Пенсильванському університеті та співавтор дослідження. "Такі дуже ексцентричні транзитні планети неймовірно рідкісні -- і це дійсно дивно, що ми змогли відкрити найексцентричнішу з них".

Махадеван пояснив, що термін "ексцентричний" стосується форми орбіти планети, яка вимірюється за шкалою від нуля до одиниці, де нуль -- ідеально кругла орбіта. Ця екзопланета, названа TIC 241249530 b, має ексцентриситет орбіти 0,94, що робить її більш ексцентричною, ніж орбіта будь-якої іншої транзитної екзопланети, коли-небудь знайденої.

Для порівняння, високо еліптична орбіта Плутона навколо Сонця має ексцентриситет 0,25; ексцентриситет Землі -- 0,02. Така екстремальна орбіта, як пояснив Махадеван, має призвести до того, що температура на планеті коливатиметься від літнього дня в найвіддаленішій точці орбіти до палюче-гарячої на найближчий відстані.

На додачу до незвичайного характеру орбіти екзопланети, команда також виявила, що вона проходить орбіту задом наперед, тобто в напрямку, протилежному обертанню своєї зорі-господаря. Цього астрономи не спостерігають ні у більшості інших екзопланет, ні в нашій власній Сонячній системі, і це допомагає команді в інтерпретації історії формування екзопланети.

"Хоча ми не можемо перемотати назад і спостерігати за процесом міграції планет у реальному часі, ця екзопланета слугує своєрідним знімком процесу міграції", - говорить Арвінд Гупта, науковий співробітник Національної науково-дослідницької лабораторії оптичної інфрачервоної астрономії (NOIRLab) і провідний автор роботи. "Важко знайти такі планети, як ця, і ми сподіваємося, що вона допоможе нам розгадати історію формування гарячих юпітерів".

Наразі відомо понад 5600 підтверджених екзопланет у трохи більше ніж 4000 зоряних системах. З них приблизно 300-500 екзопланет належать до цікавого класу, відомого як гарячі юпітери -- великі, схожі на наш Юпітер екзопланети, які обертаються дуже близько до своєї зорі, набагато ближче, ніж Меркурій до Сонця.

Як гарячі юпітери опиняються на таких близьких орбітах -- загадка, але астрономи підозрюють, що вони починають рух на орбітах, далеких від своєї зорі, а потім з часом мігрують всередину. Ранні стадії цього процесу рідко спостерігалися, але завдяки новому аналізу екзопланети з незвичайною орбітою астрономи стали на крок ближче до розгадки таємниці гарячих юпітерів.

Новини за подібною темою:

Астрофізики побудували модель, яка пояснює швидке формування планет

"Астрономи шукають екзопланети, які, ймовірно, є попередниками гарячих юпітерів або проміжними продуктами міграційного процесу, вже більш як два десятиліття, тому я був дуже здивований -- і радий, що знайшов одну з них", - сказав Гупта.

Відкриття та визначення характеристик екзопланети стало можливим завдяки трьом інструментам, створеним у Пенсильванському університеті: спектрографу NEID ("Дослідження екзопланет за допомогою доплерівської спектроскопії у рамках дослідницької програми NASA/NSF зі спостережень за екзопланетами"), спектрографу NPF ("Пошук планет у життєпридатній зоні") та фотометричному дифузору. Всі три інструменти дозволяють дослідникам спостерігати та аналізувати світло, випромінюване екзопланетою.

Вперше дослідники знайшли планету за допомогою TESS ("Супутник огляду транзитів екзопланет") НАСА у січні 2020 року, який виявив провал у яскравості зорі, що відповідає проходженню однієї планети розміром з Юпітер перед зорею.

Щоб підтвердити природу цих коливань і виключити інші можливі причини, команда астрономів використала інструменти на 3,5-метровому телескопі WIYN.

Спочатку команда використала спекл-інтерферометр NESSI у методиці, яка допомагає "заморозити" атмосферне мерехтіння, що показало, що поблизу немає сторонніх зірок, які могли б заплутати виміри TESS. Потім, використовуючи спектрографи HPF і NEID, команда спостерігала, як спектр зорі TIC 241249530, або довжини хвиль випромінюваного нею світла, зміщується під впливом екзопланети, що обертається навколо неї.

Детальний аналіз того, як змінюється швидкість зорі протягом шестимісячного орбітального періоду планети, підтвердив, що екзопланета приблизно в п′ять разів масивніша за Юпітер, і що вона рухається по надзвичайно ексцентричній траєкторії.

"Це найбільш ексцентрична транзитна планета з усіх відомих, і вона виявиться такою ж важливою, як і попередній рекордсмен, HD80606b, яка також має химерну орбіту, сильно зміщену зі спіном своєї материнської зорі", - сказав Джейсон Райт, професор астрономії та астрофізики Пенсильванського університету, який керував проєктом, коли Гупта був докторантом в університеті.

"Ці дві дуже ексцентричні планети були "спіймані на гарячому" в процесі еволюції до статусу гарячого юпітера. Як і HD80606b, ця планета в багато разів перевищує масу Юпітера, що свідчить про те, що цей канал формування гарячих юпітерів може бути доступним лише для наймасивніших планет".

Разом ці два приклади підтверджують ідею про те, що газові гіганти з більшою масою еволюціонують у гарячі юпітери, мігруючи з високо ексцентричних орбіт на більш щільні, кругові орбіти.

"Ми особливо зацікавлені в тому, що ми можемо дізнатися про динаміку атмосфери цієї планети після того, як вона зробить один зі своїх пекучо близьких проходів до своєї зорі", - каже Райт. "Такі телескопи, як космічний телескоп Джеймса Вебба, мають достатню чутливість, щоб дослідити зміни в атмосфері цієї нововідкритої екзопланети під час її швидкого нагрівання, тому команді належить ще багато чого дізнатися про цю екзопланету".

• Екзопланети