Программа ATREIDES раскрывает хаотичное прошлое экзонептуна в системе TOI-421
Международная группа ученых под руководством Женевского университета (UNIGE), в состав которой входят специалисты из Национального центра компетенций по исследованию планет (Planets), Уорикского университета и Института астрофизики Канарских островов, запустила амбициозную программу под названием ATREIDES, направленную на детальное картирование экзопланет, расположенных вблизи так называемой «пустыни Нептунов», когда планеты отсутствуют в областях, очень близких к звездам. Цель программы — не просто зафиксировать наличие или отсутствие экзопланет, но раскрыть физические механизмы, лежащие в основе их распределения, миграции и динамической эволюции.
Программа ATREIDES сосредоточена на изучении экзонептунов — планет, чья масса примерно в 20 раз превышает массу Земли. За последние десятилетия астрономы обнаружили, что эти объекты не встречаются в очень близких к звезде областях, где температуры слишком высоки для удержания газовых оболочек.
Однако более поздние исследования, в которых принимал участие UNIGE, показали, что экзонептуны образуют сложный и неоднородный ландшафт: они редки в «пустыне», распространены в «саванне» — умеренно удаленной зоне, где их число заметно возрастает, и достигают максимальной плотности в области, получившей название «Нептуновый хребет». Именно этот контраст между регионами стал основой для создания ATREIDES: чтобы понять, почему экзонептуны скапливаются в одних местах и исчезают в других, необходимо изучить их орбитальные параметры, химический состав, возраст и историю взаимодействий внутри систем.
В центре проекта находится использование ESPRESSO — самого точного в мире спектрографа, установленного на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории. Этот инструмент позволяет измерять микроскопические изменения в скорости звезды, вызванные гравитационным воздействием обращающихся вокруг нее планет, — метод, известный как радиальная скорость.
В сочетании с данными от телескопов NGTS, работающих по транзитному методу, когда планета проходит перед диском звезды и временно затемняет ее свет, ученые получают полное представление о размерах, массах, плотностях и орбитальных периодах экзопланет. Такая комбинация методов обеспечивает беспрецедентную точность, позволяя выявлять даже слабые сигналы, маскируемые шумами, например, звездными вспышками или активностью фотосферы.
Первой системой, подвергнутой детальному анализу в рамках ATREIDES, стала TOI-421, состоящая из двух планет: горячего Нептуна TOI-421 c, находящегося в саванне, и более мелкой внутренней планеты TOI-421 b, расположенной ближе к звезде. Анализ орбитальной архитектуры этой системы выявил удивительную особенность — сильное несовпадение между экваториальной плоскостью звезды и плоскостями орбит обоих тел. В Солнечной системе все планеты вращаются почти в одной плоскости, совпадающей с экватором Солнца, что свидетельствует о спокойной, упорядоченной истории формирования. В TOI-421 же наблюдается значительное наклонение, что указывает на бурную, хаотичную эволюцию после образования планет.
Это открытие подкрепляет одну из ключевых гипотез ATREIDES: различия в распределении экзонептунов связаны с двумя противоположными механизмами миграции. Первый — медленная, мягкая миграция через протопланетный газовый диск, которая сохраняет орбитальную плоскость и приводит к упорядоченным системам. Второй — жесткая, динамически возмущенная миграция, известная как высокоэксцентриситетная миграция, при которой гравитационные взаимодействия с другими планетами или звездами выбрасывают планеты на сильно наклоненные и эксцентричные орбиты. Результаты по TOI-421 явно указывают на доминирование второго механизма: система пережила мощные возмущения, вероятно, в результате столкновений или гравитационных потрясений, произошедших уже после того, как газовый диск рассеялся.
Полученные данные не только демонстрируют уникальную архитектуру конкретной системы, но и служат тестовым полигоном для новых аналитических моделей, разработанных в рамках ATREIDES. Эти модели позволяют воспроизводить динамику миграции, предсказывать следы гравитационного хаоса и интерпретировать наблюдаемые отклонения в орбитах. Важно, что программа задумана как открытая инициатива, приглашающая астрономов со всего мира присоединиться к сбору и интерпретации данных.
Следующим шагом станет масштабирование проекта: ATREIDES планирует наблюдать десятки, а в перспективе — сотни экзонептуновых систем с использованием VLT и других крупнейших телескопов. Только такой систематический подход позволит отличить случайные флуктуации от универсальных закономерностей. Каждая новая система — это новый фрагмент головоломки, который поможет понять, как именно формируются планетные системы в целом. Ведь если Солнечная система представляет собой редкий пример устойчивой и упорядоченной архитектуры, то большинство других систем, судя по текущим данным, являются продуктами жестокой, хаотичной эволюции, в которой планеты рождаются далеко от своих нынешних мест, перемещаются, сталкиваются, теряют атмосферы и меняют свои орбиты под действием невидимых сил.
Таким образом, первое исследование TOI-421, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, — это не конец, а начало. Оно не только подтверждает существование сложных динамических процессов в экзопланетных системах, но и закладывает научную основу для нового поколения исследований.