В поисках двойников Нептуна астрономы наткнулись на необычную планетную систему
Международная команда из Женевского университета (UNIGE) и ряда других европейских научных центров запустила программу по составлению карты экзопланет, расположенных в так называемой «Нептуновой пустыне» (Neptunian Desert). Так называют наиболее удаленную от родительской звезды зону, где, однако, еще есть планетарное население. Цель программы — лучше понять формирование и эволюцию планетных систем.
Yаучная коллаборация, известная как ATREIDES, принесла первые результаты в виде наблюдений за планетной системой TOI-421. Аббревиатура TOI (Tess Object of Interest) говорит о том что система открыта профессиональными охотниками за транзитными (проходящими между звездой и наблюдателем) экзопланетами из обсерватории TESS. Анализ этой системы выявил необычную наклонную орбитальную архитектуру, что позволило по-новому взглянуть на многообразие далеких миров. Это первое исследование команды, опубликованное в журнале Astronomy and Astrophysics.
Какие физические механизмы управляют формированием и эволюцией планетных систем? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые решили сосредоточиться на определенном классе экзопланет — экзонептунах. Это газовые (не каменистые) планеты за пределами нашей Солнечной системы, которые примерно в 20 раз массивнее Земли, но уступают по размерам и массе гигантам юпитерианского типа. Говоря простыми словами, это близнецы нашего Нептуна.
За последнее десятилетие ученые сделали ряд важных открытий, касающихся распределения экзопланет. Экзонептуны отсутствуют в областях, расположенных очень близко к звездам, как планеты Земной группы в Солнечной системе. Однако недавние исследования показывают, что в областях, расположенных чуть дальше от звезд, в более умеренной зоне распределения экзопланет, известной как «саванна», этот тип планет встречается не так уж редко. Наконец, между «саванной» и «пустыней» находится регион под условным названием «Нептуновый хребет», где экзонептунов больше всего.
Сложность экзонептунового ландшафта позволяет по-новому взглянуть на процессы формирования и эволюции планетных систем. Именно это вдохновило ученых на создание амбициозного научного проекта ATREIDES. Он основан на масштабной программе наблюдений на крупнейших европейских телескопах — VLT Европейской южной обсерватории — с использованием самого точного в мире спектрографа ESPRESSO.
Покорение «пустыни»
Программа ATREIDES сосредоточена на экзопланетах типа Нептуна и призвана выявить процессы, ответственные за формирование нептуновых хребтов, саванн и пустынь, а также получить более общую информацию о формировании и эволюции планет. Ученые планируют использовать ESPRESSO для наблюдения за большим количеством экзонептунов, а также для анализа и моделирования данных со всех планет в единой и согласованной системе.
Проект ATREIDES, задуманный как открытая международная инициатива, приглашает всех заинтересованных астрономов присоединиться к этой научной работе по примеру Уорикского университета.
Мы используем телескопы NGTS, программу наблюдения за экзопланетами, основанную на транзитном методе, чтобы наблюдать за транзитами нептунов и таким образом оптимизировать использование ESPRESSO/VLT. Это позволяет нам получать гораздо более точные измерения и выявлять процессы, такие как вспышки звезд, которые могут влиять на данные ESPRESSO.
Дэниел Бейлиссдоцент физического факультета Уорикского университета.
«Неправильная» орбитальная архитектура
Первая система, которую астрономы наблюдали и анализировали в рамках проекта ATREIDES, называется TOI-421. В ней всего две идентифицированных планеты: горячий нептун TOI-421 c, расположенный в «саванне», и меньшая по размеру планета TOI-421 b, расположенная ближе к звезде, в условных «джунглях». Астрономам удалось проследить хаотичную историю этой системы.
Участники команды ATREIDES полагают, что нептуновские ландшафты формируются в результате миграции планет с места их зарождения на окончательные орбиты. Некоторые планеты медленно и рано мигрировали через газовый диск, в котором они сформировались, и этот процесс должен был привести к выравниванию орбит. Другие планеты были выброшены на свои нынешние орбиты гораздо позже в результате хаотичного процесса, называемого «миграцией с высоким эксцентриситетом», который приводит к сильному отклонению орбит от формы правильных окружностей.
Одной из ключевых переменных в этой гипотезе является соотношение между экваториальной плоскостью звезды и плоскостью орбиты каждой планеты. Измерив это соотношение для TOI-421, ученые смогли показать, что плоскости орбит двух планет в этой системе сильно смещены относительно друг друга. Это сильно отличается от нашей Солнечной системы, где планеты расположены на одной линии и поэтому вращаются почти в экваториальной плоскости нашего Солнца. Расположение планет в TOI-421 указывает на бурную историю эволюции системы после ее формирования.
Анализ геометрии TOI-421 — это лишь малая часть того, что предстоит сделать. Он предоставляет ученым ценную информацию, но, что важнее всего, помогает совершенствовать инструменты анализа и моделирования, разработанные в рамках проекта ATREIDES.
Тщательное изучение механизмов, формирующих нептуновую пустыню, саванну и хребет, позволит лучше понять процесс формирования планет в целом. Можно с уверенностью сказать, что Вселенная приготовила для нас и другие сюрпризы, которые заставят нас разработать новые теории.
Венсан Буррьеведущий автор исследования, научный сотрудник кафедры астрономии UNIGE, руководитель программы ATREIDES.
О том, как телескоп TESS обнаружил две планеты земного типа у оранжевого карлика, читайте в публикации Hi-Tech Mail.
