Два редких супермеркурия обнаружены в многопланетной системе HD 23472

Наблюдая за звездой HD 23472 с помощью спектрографа ESPRESSO (ESO), группа ученых обнаружила мультипланетную систему, которая включает три суперземли и два супермеркурия. Последний тип экзопланет до сих пор очень редок — с учетом этих двух известно всего восемь супермеркуриев.

Все пять экзопланет очень близки к своей звезде-хозяину, поэтому жизнь там скорее всего невозможна, но открытие представляет собой лучшую лабораторию для изучения экзопланет типа супермеркуриев и самого Меркурия прямо здесь, в Солнечной системе.

«Впервые мы обнаружили систему с двумя супермеркуриями», — говорит астрофизик Сусана Баррос из Института астрофизики и космических наук (IA) в Португалии. «Это позволяет нам получить представление о том, как образовались эти планеты, что может помочь нам исключить некоторые возможности».

Найти экзопланеты сложно, а найти маленькие экзопланеты еще сложнее. В настоящее время астрономы полагаются на два основных метода: метод транзита и метод лучевых скоростей.

Для транзитного метода астрономы будут искать очень слабые, регулярные провалы в свете звезды — признак того, что между нами и звездой проходит орбитальная экзопланета.

Метод лучевой скорости ищет изменения в длинах волн света, достигающего нас от звезды, когда она «колеблется» на месте, увлекаемая гравитационным притяжением вращающейся вокруг экзопланеты.

Как вы понимаете, оба эти сигнала — прохождение и лучевая скорость — крошечные. У астрономов гораздо больше шансов обнаружить более сильные сигналы, создаваемые более крупными экзопланетами.

Телескоп НАСА для поиска экзопланет TESS, который использует метод транзита, впервые обнаружил две экзопланеты, вращающиеся вокруг звезды HD 23472, несколько лет назад, и последующие наблюдения подтвердили их присутствие. Также были обнаружены два других кандидата в экзопланеты.

Сусана Баррос и ее команда хотели поближе изучить систему HD 23472, потому что они пытались понять причину разрыва в радиусе малых планет: загадочное отсутствие планет между 1,5 и 2 радиусами Земли. Две подтвержденные экзопланеты находились на одной стороне этого разрыва, а два кандидата — на меньшей.

Разница, как подозревают астрономы, может заключаться в наличии или отсутствии атмосферы. Это можно выяснить, рассчитав плотность экзопланеты, если у вас есть данные как о транзитной, так и о лучевой скорости.

Транзитные данные, которые говорят, какая часть света звезды блокируется экзопланетой, могут дать ее размер. Данные о лучевой скорости, которые говорят о гравитационном притяжении звезды со стороны экзопланеты, могут дать информацию о ее массе. Плотность можно рассчитать, используя эти два измерения.

Итак, в период с июля 2019 года по апрель 2021 года команда приступила к получению очень точных измерений лучевой скорости звезды с помощью спектрографа ESPRESSO на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории. И они нашли свидетельства того, что рядом со звездой находится пятая экзопланета массой меньше, чем у Земли.

Затем, в октябре 2021 года, TESS обнаружил транзитную сигнатуру этой пятой экзопланеты.

Ученые обработали все цифры и охарактеризовали систему. От ближайшей планеты к звезде до самой дальней:

• HD 23472 d имеет период обращения 3,98 дня, радиус 0,75 от радиуса Земли, и массу в 0,54 массы Земли.
• HD 23472 e, самое последнее открытие, имеет период 7,9 дня, 0,82 радиуса Земли и 0,76 массы Земли.
• HD 23472 f имеет период 12,16 дня,  1,13 радиуса Земли и 0,64 массы Земли.
• HD 23472 b имеет период обращения 17,67 дня, 2,01 радиуса Земли и 8,42 массы Земли.
• HD 23472 c имеет период обращения 29,8 дня, 1,85 радиуса Земли и 3,37 массы Земли.

Эти измерения дают плотности, сравнимые с земными, для трех внешних экзопланет и согласуются со значительной атмосферой.

Однако две внутренние экзопланеты имеют высокую плотность. Это говорит о том, что они могут быть похожи на Меркурий по составу, с большим ядром и небольшой мантией по сравнению с другими планетами.

Ученые не знают, почему Меркурий именно такой; может быть, он столкнулся с чем-то на заре Солнечной системы, или что тепло Солнца испарило его часть.

Нахождение двух супермеркуриев вместе предполагает, что разовое событие, такое как столкновение, может быть маловероятным.

«Если столкновение, достаточно сильное, чтобы создать супер-Меркурий, уже очень маловероятно, два гигантских столкновения в одной и той же системе кажутся совсем невероятными», — объясняют исследователи.

«Мы до сих пор не знаем, как образовались эти планеты, но, похоже, это связано с составом родительской звезды. Эта новая система может помочь нам это выяснить».

Неясно, есть ли у двух кандидатов в супер-Меркурии атмосферы; понадобится более мощный телескоп, чтобы выяснить это.

«Понимание того, как сформировались эти два супермеркурия, потребует дальнейшей характеристики состава этих планет», — говорит астроном IA Оливье Деманжон.

«Поскольку радиус этих планет меньше, чем у Земли, современные приборы не обладают достаточной чувствительностью для определения состава их поверхности или наличия и состава потенциальной атмосферы».

«Надеюсь, учитывая количество строящихся в настоящее время больших телескопов, нам не придется долго ждать».

Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.