Экзопланета, пойманная на "шпилечном повороте", сигнализирует о том, как формируются горячие юпитеры

Астрономы открыли планету, которая имеет наиболее вытянутую орбиту среди всех найденных транзитных планет. Также она движется по орбите в направлении, обратном направлению вращения звезды вокруг своей оси, что позволяет понять, как формируются, стабилизируются и эволюционируют массивные газовые планеты, известные как горячие юпитеры.

Об открытии рассказывают в Университете штата Пенсильвания, передают OstanniPodii.com. Соответствующее исследование было опубликовано 17 июля в журнале Nature.

"Мы поймали эту массивную планету, которая делала резкий, шпилечный поворот во время ее близкого прохождения к своей звезде", - рассказывает Суврат Махадеван, профессор астрономии в Пенсильванском университете и соавтор исследования. "Такие очень эксцентричные транзитные планеты невероятно редки -- и это действительно удивительно, что мы смогли открыть самую эксцентричную из них".

Махадеван объяснил, что термин "эксцентричный" относится к форме орбиты планеты, которая измеряется по шкале от нуля до единицы, где ноль -- идеально круглая орбита. Эта экзопланета, названная TIC 241249530 b, имеет эксцентриситет орбиты 0,94, что делает её более эксцентричной, чем орбита любой другой транзитной экзопланеты, когда-либо найденной.

Для сравнения, высоко эллиптическая орбита Плутона вокруг Солнца имеет эксцентриситет 0,25; эксцентриситет Земли -- 0,02. Такая экстремальная орбита, как объяснил Махадеван, должна привести к тому, что температура на планете будет колебаться от летнего дня в самой отдаленной точке орбиты до обжигающе-горячей на ближайшем расстоянии.

В дополнение к необычному характеру орбиты экзопланеты, команда также обнаружила, что она проходит орбиту задом наперед, то есть в направлении, противоположном вращению своей звезды-хозяйки. Этого астрономы не наблюдают ни у большинства других экзопланет, ни в нашей собственной Солнечной системе, и это помогает команде в интерпретации истории формирования экзопланеты.

"Хотя мы не можем перемотать назад и наблюдать за процессом миграции планет в реальном времени, эта экзопланета служит своеобразным снимком процесса миграции", - говорит Арвинд Гупта, научный сотрудник Национальной научно-исследовательской лаборатории оптической инфракрасной астрономии (NOIRLab) и ведущий автор работы. "Трудно найти такие планеты, как эта, и мы надеемся, что она поможет нам разгадать историю формирования горячих юпитеров".

В настоящее время известно более 5600 подтвержденных экзопланет в чуть более чем 4000 звездных системах. Из них примерно 300-500 экзопланет относятся к интересному классу, известному как горячие юпитеры -- большие, похожие на наш Юпитер экзопланеты, которые вращаются очень близко к своей звезде, гораздо ближе, чем Меркурий к Солнцу.

Как горячие юпитеры оказываются на таких близких орбитах -- загадка, но астрономы подозревают, что они начинают движение на орбитах, далеких от своей звезды, а затем со временем мигрируют внутрь. Ранние стадии этого процесса редко наблюдались, но благодаря новому анализу экзопланеты с необычной орбитой астрономы стали на шаг ближе к разгадке тайны горячих юпитеров.

"Астрономы ищут экзопланеты, которые, вероятно, являются предшественниками горячих юпитеров или промежуточными продуктами миграционного процесса, уже более двух десятилетий, поэтому я был очень удивлен -- и рад, что нашел одну из них", - сказал Гупта.

Открытие и определение характеристик экзопланеты стало возможным благодаря трем инструментам, созданным в Пенсильванском университете: спектрографу NEID ("Исследование экзопланет с помощью допплеровской спектроскопии в рамках исследовательской программы NASA/NSF по наблюдениям за экзопланетами"), спектрографу NPF ("Поиск планет в жизнепригодной зоне") и фотометрическому диффузору. Все три инструмента позволяют исследователям наблюдать и анализировать свет, излучаемый экзопланетой.

Впервые исследователи нашли планету с помощью TESS ("Спутник обзора транзитов экзопланет") НАСА в январе 2020 года, который обнаружил провал в яркости звезды, соответствующий прохождению одной планеты размером с Юпитер перед звездой.

Чтобы подтвердить природу этих колебаний и исключить другие возможные причины, команда астрономов использовала инструменты на 3,5-метровом телескопе WIYN.

Сначала команда использовала спекл-интерферометр NESSI в методике, которая помогает "заморозить" атмосферное мерцание, что показало, что поблизости нет посторонних звезд, которые могли бы запутать измерения TESS. Затем, используя спектрографы HPF и NEID, команда наблюдала, как спектр звезды TIC 241249530, или длины волн излучаемого ею света, смещается под влиянием экзопланеты, вращающейся вокруг неё.

Детальный анализ того, как меняется скорость звезды в течение шестимесячного орбитального периода планеты, подтвердил, что экзопланета примерно в пять раз массивнее Юпитера, и что она движется по чрезвычайно эксцентричной траектории.

"Это самая эксцентричная транзитная планета из всех известных, и она окажется такой же важной, как и предыдущий рекордсмен, HD80606b, которая также имеет причудливую орбиту, сильно смещенную со спином своей материнской звезды", - сказал Джейсон Райт, профессор астрономии и астрофизики Пенсильванского университета, который руководил проектом, когда Гупта был докторантом в университете.

"Эти две очень эксцентричные планеты были "пойманы на горячем" в процессе эволюции к статусу горячего юпитера. Как и HD80606b, эта планета во много раз превышает массу Юпитера, что свидетельствует о том, что этот канал формирования горячих юпитеров может быть доступным только для самых массивных планет".

Вместе эти два примера подтверждают идею о том, что газовые гиганты с большей массой эволюционируют в горячие юпитеры, мигрируя с высоко эксцентричных орбит на более плотные, круговые орбиты.

"Мы особенно заинтересованы в том, что мы можем узнать о динамике атмосферы этой планеты после того, как она сделает один из своих жгуче близких проходов к своей звезде", - говорит Райт. "Такие телескопы, как космический телескоп Джеймса Уэбба, имеют достаточную чувствительность, чтобы исследовать изменения в атмосфере этой новооткрытой экзопланеты во время ее быстрого нагрева, поэтому команде предстоит еще многое узнать об этой экзопланете".