Вчені виявили нову планету, яка щільніша за свинець та розміром з Юпітер

Астрономи щойно знайшли космічне гарматне ядро.

Навколо зірки, що знаходиться на відстані 730 світлових років від нас, обертається екзопланета розміром з Юпітер, але з щільністю, яка вражає уяву. Астрономи визначили, що світ, названий TOI-4603b, має масу майже 13 Юпітерів.

Це означає, що її густина майже в 3 рази більша за густину Землі і трохи більше ніж у 9 разів більша за густину Юпітера. І вона дуже близька до своєї зірки, з тісною орбітою всього 7,25 днів.

Це відносить її до невеликої, але важливої категорії світів, які кидають виклик нашому розумінню планетоутворення та еволюції. Це відкриття, прийняте до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics Letters, доступне на сервері препринтів arXiv.

“Це одна з наймасивніших і найщільніших транзитних планет-гігантів, відомих на сьогоднішній день, – пише команда астрономів під керівництвом Аканкші Ханделвала з Лабораторії фізичних досліджень в Індії, – і цінне доповнення до популяції менш ніж п’яти масивних близьких планет-гігантів в області перекриття високомасивних планет і низькомасивних коричневих карликів, що є необхідним для розуміння процесів, відповідальних за їх формування”.

Теоретично, існує межа того, скільки маси може мати планета. Це пов’язано з тим, що вище певної критичної межі температура і тиск на ядро є достатніми для того, щоб запалити ядерний синтез – процес злиття атомів для створення важчих елементів.

Для зірки мінімальна маса, при якій починається цей процес, становить близько 85 Юпітерів; в цей момент атоми водню починають зливатися в гелій.

Вважається, що верхня межа маси для планети становить від 10 до 13 Юпітерів. А об’єкти, що знаходяться в проміжку між ними, відомі як коричневі карлики. Вони не мають достатньої маси для синтезу водню, проте їхні ядра можуть плавити дейтерій, важкий ізотоп водню, який не потребує такої високої температури і тиску.

Зірки формуються зверху вниз, коли щільний згусток молекулярної хмари руйнується під дією гравітації, утворюючи протозірку. Потім зоря росте, всмоктуючи речовину з хмари навколо себе, яка формує диск.

Пил і газ, що залишаються після цього процесу, утворюють планети, які починають формуватися знизу вгору, коли шматочки уламків починають злипатися, зрештою утворюючи скупчення, які перетворюються на планети.

Вважається, що коричневі карлики утворюються подібно до зірок зі згустку молекулярної хмари, яка руйнується під дією гравітації. Зазвичай вони обертаються навколо зірок на досить великій відстані, щонайменше п’ять астрономічних одиниць (а.о.) – це в п’ять разів більше, ніж відстань між Землею і Сонцем.

Астрономи вважають, що вони утворюються подібно до зірок, колапсуючи зі згустку речовини в хмарі, і є дивовижною “пустелею” коричневих карликів з близькими орбітами.

TOI-4603b була вперше помічена в даних космічного телескопа НАСА TESS, який вивчає ділянки неба в пошуках слабких, регулярних провалів у зоряному світлі, що вказують на наявність екзопланети, яка обертається на орбіті. Дані TESS вказують на те, що світ, радіус якого в 1,042 рази більший за радіус Юпітера, обертається навколо його зорі трохи більше ніж за тиждень.

Команда продовжила дослідження, шукаючи вимірювання радіальної швидкості. Це величина, на яку гравітація екзопланети переміщує свою зорю, коли два тіла рухаються по орбіті навколо спільного центру тяжіння. Якщо ви знаєте масу зорі, ви можете обчислити масу екзопланети, вирахувавши, наскільки сильно рухається зоря навколо неї.

Таким чином дослідники отримали масу TOI-4603b, яка в 12,89 разів перевищує масу Юпітера. Поєднання цієї величини з радіусом об’єкта дозволило команді отримати середню густину 14,1 грама на кубічний сантиметр. Для порівняння, густина Землі становить 5,51 грама на кубічний сантиметр. Густина Юпітера – 1,33 грама на кубічний сантиметр. Щільність свинцю становить 11,3 грама на кубічний сантиметр.

Це зовсім не дивно для коричневого карлика, який в середньому в 0,83 рази перевищує радіус Юпітера; наприклад, один коричневий карлик, радіус якого в 0,87 рази перевищує радіус Юпітера, має масу близько 61,6 Юпітера. Вони можуть бути набагато щільнішими, ніж TOI-4603b.

TOI-4603b відповідає більшості критеріїв для класифікації як екзопланета, і саме так Ханделвал та її колеги назвали її. Але вона знаходиться на межі маси коричневого карлика, а це означає, що вона може бути важливим світом для розуміння того, як формуються коричневі карлики і гігантські планети, і як еволюціонують їхні стосунки зі своїми зорями.

Наприклад, орбіта екзопланети значно овальна або ексцентрична, що свідчить про те, що вона все ще перебуває на ній у процесі заселення. А ще у зірки є коричневий карликовий супутник, що обертається на відстані близько 1,8 астрономічних одиниць, який міг гравітаційно взаємодіяти з TOI-4603b. Ці підказки вказують на те, що екзопланета мігрує ближче до зорі з більш віддаленої позиції.

Схожим об’єктом є світ під назвою HATS-70b, який при масі в 12,9 разів більшій за масу Юпітера і в 1,384 рази більшій за його радіус, є менш щільним, ніж TOI-4603b, але так само близьким до своєї зірки, і також демонструє ознаки міграції.

“Виявлення таких систем, – пишуть дослідники, – дозволить нам отримати цінну інформацію про механізми управління масивними планетами і поліпшити наше розуміння їх домінуючих механізмів формування і міграції”.