Молодость против зрелости: чем отличаются экзопланетные системы

Почти в каждой второй "чужой" системе астрономы находят планеты больше Земли, но меньше Нептуна — и именно их происхождение остаётся одной из главных загадок современной планетологии.

Фото: Designed by Freepik by kjpargeter is licensed under publik domain

Две планеты в космосе

Теперь у исследователей появился редкий шанс посмотреть на такую систему "в молодости": вокруг звезды V1298 Tau, которой всего около 20 миллионов лет, обнаружены четыре близко расположенные планеты крайне низкой плотности. По сути, это живой учебник о том, как могли складываться самые распространённые в Галактике наборы планет, пишет planet-today.

Почему эта система привлекла внимание

Астрономы давно знают: типичная экзопланетная система отличается от нашей. В ней часто встречаются так называемые "суперземли" и "мини-нептуны" — миры, которые по размеру находятся между Землёй и Нептуном. Проблема в том, что почти все такие системы наблюдают у звёзд возрастом в миллиарды лет, то есть уже "созревших". Это делает реконструкцию ранней истории сложной: мы видим итог, но не видим процесс.

С V1298 Tau ситуация другая. Звезда очень молодая по космическим меркам, а значит, её планеты ещё могли не "успокоиться" после рождения и не завершить перестройку атмосферы, орбит и внутренней структуры.

Что необычного в самих планетах

Четыре планеты вокруг V1298 Tau описываются как чрезвычайно лёгкие — их плотность сравнима с полистиролом. Такое обычно связывают с "раздутыми" атмосферами: планета может иметь относительно небольшое тяжёлое ядро, но при этом очень объёмную газовую оболочку, из-за чего средняя плотность становится минимальной.

Главное здесь — возраст системы. Если эти миры действительно сформировались недавно, то они могут показать, какими "суперземли" и "мини-нептуны" бывают в самом начале эволюции, до того как излучение звезды и другие процессы "сдуют" часть атмосферы или изменят параметры орбит.

Как учёные уточняли массу и размеры

Сама V1298 Tau и четыре планеты были обнаружены ещё в 2017 году, но долгое время о них не хватало точной информации. Команда Эрика Петигуры из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе наблюдала систему пять лет, используя телескопы на Земле и в космосе.

Ключевой приём — измерение небольших отклонений во времени прохождения планет перед диском звезды. Эти вариации возникают из-за взаимного гравитационного влияния четырёх миров: они чуть-чуть "подталкивают" друг друга, из-за чего транзиты происходят немного раньше или позже ожидаемого. По этим микросдвигам можно восстановить массы и радиусы точнее, чем по одному только транзиту.

В чём была главная сложность метода

Метод транзитных вариаций времени работает только тогда, когда исследователи хорошо понимают "базовые" орбитальные периоды — сколько каждой планете нужно для оборота вокруг звезды без учёта взаимных гравитационных искажений. И здесь возникла проблема: для самой дальней планеты исходных данных было недостаточно, поэтому команде пришлось опираться на предположения о её периоде.

Если эта исходная оценка окажется неверной, то, как подчёркивается в описании работы, цепочка расчётов может "поехать": неверный период даст неверные массы, а следом — неверные выводы о плотности и составе.