Астрономы, возможно обнаружили океанический мир возле звезды, похожей на Солнце

Планета, находящаяся на расстоянии 245 световых лет от нас, может стать ключом к разгадке космической тайны. Недавно открытый мир под названием TOI-733b имеет радиус почти в два раза больше земного и обращается вокруг звезды немного меньше Солнца с периодом обращения 4,9 дней.

Измерения плотности планеты позволяют предположить, что она, возможно, либо утратила свою атмосферу, либо представляет собой покрытый океаном водный мир.

При такой близкой орбите тепло от звезды, вероятно, будет испарять атмосферу TOI-733b, а это означает, что за относительно короткое время она может превратиться в голую пустыню.

Это, по мнению группы астрономов, могло бы помочь ученым выяснить любопытный пробел в летописи экзопланет: почему существует так мало миров между 1,5 и 2 радиусами Земли.

С тех пор как в 1990-х годах были открыты первые экзопланеты, мы пережили своего рода бум открытий экзопланет. На сегодняшний день было обнаружено и подтверждено более 5330 экзопланет, а также есть еще почти 9 500 тысяч планет-кандидатов. Все это означает, что мы можем начать видеть, как проявляются некоторые закономерности.

Некоторые из этих закономерностей связаны с тем, как ученые ищут экзопланеты. Двумя основными методами являются транзиты и радиальная скорость.

Транзит наблюдает слабые изменения в звездном свете, когда экзопланета проходит по орбите между Землей и звездой. Измерения радиальной скорости позволяют выявить крошечные изменения длины волны звездного света, когда звезду притягивает гравитация экзопланеты.

Оба метода лучше обнаруживают более крупные миры на близких орбитах, поэтому они составляют большинство обнаруженных нами экзопланет.

Но некоторые другие закономерности не могут быть объяснены с помощью современных технологий. Одним из ярких примеров является долина радиусов. Ученые обнаружили поразительно мало миров между экзопланетами категории «Суперземля» (до 1,5 земных радиусов) и мини-нептунами (более 2 земных радиусов).

Причина этого разрыва неизвестна, но в последнее время начинают появляться свидетельства уменьшения размеров мини-нептунов – миров на верхней стороне долины радиусов, которые теряют свою атмосферу под палящим жаром своих звезд, становясь меньшими, с голыми ядрами.

Однако не совсем ясно, является ли звезда причиной потери массы или это внутренний процесс, вызванный выделением тепла из ядра экзопланеты.

Экзопланеты в пределах долины радиуса являются ключом к разгадке тайны. Если мы сможем найти значительное количество миров, которые подвергаются этому процессу, планетарные астрономы смогут проанализировать их, чтобы попытаться лучше понять, почему существует такой странный разрыв в размерах экзопланет.

Ученые обнаружили экзопланету TOI-733b в данных, собранных телескопом TESS, занимающимся поиском экзопланет, и использовали высокоточный спектрограф Radial velocity Planet Searcher (HARPS) на 3,6-метровом телескопе ESO La Silla для измерения ее характеристик.

Транзитные данные TESS показали орбитальный период экзопланеты, расположив мир достаточно близко для фотоиспарения. Но данные о транзите показывают не только орбитальный период. Если знать, насколько ярка звезда по своей природе, количество света, блокируемого транзитом экзопланеты, позволяет астрономам узнать радиус этой экзопланеты.

Это привело к измерению в 1,99 радиуса Земли. А спектрограф HARPS измерил радиальную скорость звезды. Опять же, это может помочь измерить размеры экзопланеты. Если вы знаете массу звезды, тогда то, насколько сильно она перемещается при гравитационном взаимодействии с экзопланетой, может подсказать, какова масса экзопланеты. В данном случае эта масса составляла 5,72 массы Земли.

Затем массу и радиус можно объединить, чтобы получить плотность, из которой можно сделать вывод о составе. TOI-733b имеет плотность 3,98 грамма на кубический сантиметр. Это всего лишь немного больше плотности Марса и меньше плотности Земли, которая составляет 5,51 грамма на кубический сантиметр.

Ученые не знают точно, из чего состоит TOI-733b, но они провели моделирование и обнаружили, что, если у экзопланеты когда-либо была нептуноподобная атмосфера из водорода и гелия, она, вероятно, уже потеряла ее. Однако, если это было бы так, то экзопланета сформировала вторичную атмосферу из более тяжелых элементов.

Также возможно, что это океанский мир. В этом случае он все равно потерял бы свой водород и гелий, но оставшаяся атмосфера была бы богата водяным паром, который более устойчив к процессам фотоиспарения. В этом случае экзопланета не испытала бы какой-либо значительной потери массы атмосферы.

«Ответ на вопрос о том, имеет ли TOI-733b вторичную атмосферу или является планетой-океаном, сводится к различию между планетой, подобной Нептуну, которая потеряла около 10 процентов H / He, оставив после себя паровую атмосферу с более тяжелыми летучими веществами, и планетой, которая сформировалась и оставалась относительно неизменной на протяжении всей своей эволюции», — пишут исследователи.

«Несмотря на то, что поиск ответа на этот вопрос выходит за рамки данной статьи, он будет иметь широкие последствия для нашего понимания экзопланет».

К сожалению, нам придется некоторое время подождать с ответами. Астрономы могут исследовать атмосферы некоторых транзитных экзопланет. Это вопрос изучения изменений в свете, исходящем от звезды во время экзопланетных транзитов; любой свет, проходящий через атмосферу, будет меняться, и ученые могут наблюдать эти изменения, чтобы определить состав атмосферы.

Но TOI-733b — не особенно подходящая планета для проведения такого исследования. Поэтому придется подождать, пока телескопы следующего поколения смогут проникнуть в атмосферные тайны TOI-733b. Однако, когда придет время, исследования показывают, что на нее стоит обратить внимание.

«По общему мнению, TOI-733 b выглядит интересной планетой и обладает потенциалом стать небольшим, но ключевым элементом в решении больших головоломок в науке об экзопланетах», — делают вывод исследователи.

«Благодаря постоянно растущему количеству углубленных теоретических анализов и обещаниям высокоточных наблюдений с помощью существующих и будущих телескопов, мы, похоже, находимся на пути к поиску ответов на основные вопросы, касающиеся формирования и эволюции планет».

Исследование, принятое к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, доступно на сервере препринтов arXiv.