Супергорячая суперземля по прозвищу Янссен раскрывает свои секреты

Экзопланета, расположенная так близко к своей звезде, что ее поверхность, вероятно, представляет собой океан магмы, стала темой исследования, которое может показать, как возникли такие экстремальные миры.

Представьте, если бы Земля была намного ближе к Солнцу. Так близко, что целый год длился бы всего несколько часов. Настолько близко, что гравитация заперла одно полушарие в вечном палящем дневном свете, а другое — в вечной тьме. Так близко, что океаны выкипают, скалы начинают таять, а дождь идет не из воды, а из лавы.

Хотя ничего подобного в нашей Солнечной системе не существует, подобные планеты — каменистые, размером примерно с Землю, очень горячие и близкие к своим звездам — не редкость в галактике Млечный Путь.

Экзопланета, которую подробно изучили астрономы, называется 55 Cancri e (по прозвищу Янссен), и новый анализ ее орбиты и орбит других экзопланет, вращающихся вокруг звезды Copernicus (Коперник) или 55 Cnc, показывает, что Янссен, скорее всего, сформировалась намного дальше от звезды, медленно двигаясь к ней со временем и нагреваясь в процессе приближения.

У всех планетарных систем есть свои особенности, но у системы Коперника, расположенной примерно в 42 световых годах от Земли, есть свои особенности. Помимо Янссен, вокруг звезды вращаются еще экзопланеты: Галилео, Браге, Харриот и Липперхей, и все они дальше от звезды, чем их странный собрат.

По орбите Янссен делает оборот вокруг своей звезды (оранжевый карлик G-типа, чуть меньше Солнца) примерно за 18 часов. Сама звезда представляет собой двойную систему, куда помимо нее входит красный карлик.

Янссен в 1,85 раза больше Земли по радиусу и примерно в 8 раз больше по массе. Это означает, что экзопланета немного плотнее Земли и могла бы быть довольно обычной каменистой суперземлей, но это не так.

Температура на стороне, обращенной к звезде, в среднем составляет 2573 Кельвина (2300 градусов по Цельсию), а на ночной стороне, на 950 Кельвинов ниже. Это очень горячо и температура выше, чем у расплавленной магмы.

Можно только догадываться, что представляет из себя Янссен внутри, но исследования показывают, что его внутренняя структура очень отличается от каменистых миров в Солнечной системе.

После открытия и подтверждения Янссен стал первым известным примером планеты с ультракоротким периодом обращения — год там длится всего 18 часов. Минимальный радиус орбиты Янссена составляет примерно 2 миллиона километров. Орбита Янссен настолько плотно прилегает к звезде, что некоторые астрономы поначалу сомневались в ее существовании.

Определение пути Янссена вокруг Коперника могло бы многое рассказать об истории планеты, но сделать такие измерения невероятно сложно. Астрономы изучали Янссен, измеряя падение яркости Коперника каждый раз, когда планета оказывается между звездой и Землей.

Этот метод не говорит, в каком направлении движется планета. Чтобы выяснить это, астрономы используют тот же эффект Доплера, который используется в камерах измерения скорости. Когда источник света движется к вам, длина волны света, который вы видите, короче (и, следовательно, голубее). Когда он удаляется, частота смещается, а свет становится краснее.

При вращении Коперника половина звезды вращается к нам, а другая половина удаляется. Это означает, что половина звезды немного голубее, а другая половина немного краснее (и пространство в середине не смещено). Таким образом, астрономы могут отслеживать орбиту Янссен, измеряя, когда он блокирует свет с более красной стороны, более синей стороны и неизмененной средней части.

Однако результирующая разница в звездном свете почти неизмеримо мала. Ученые ранее не могли точно определить орбитальный путь планеты. Прорыв в новом исследовании произошел с помощью спектрометра EXtreme PREcision Spectrometer (EXPRES) на телескопе Lowell Discovery в обсерватории Лоуэлла. Спектрометр показал точность, необходимую для обнаружения крошечных красных и синих сдвигов света.

Измерения EXPRES показали, что орбита Янссен примерно совпадает с экватором Коперника, что делает Янссен уникальным среди своих собратьев.

Предыдущие исследования показывают, что близость орбиты красного карлика привела к смещению планет относительно Коперника. В новом исследовании ученые предполагают, что взаимодействия между небесными телами сместили Янссен к его нынешнему местоположению.

По мере того, как Янссен приближался к Копернику, гравитация звезды становилась все более доминирующей. Поскольку Коперник вращается, центробежная сила заставила его среднюю часть слегка выпячиваться наружу, а верх и низ — сплющиваться. Эта асимметрия повлияла на гравитацию, которую ощущал Янссен, притягивая планету к экватору звезды.

Теперь, когда история Янссен относительно ясна, астрономы планируют изучить другие планетные системы. «Мы надеемся найти планетарные системы, похожие на наши, и лучше понять системы, о которых мы знаем» — говорят ученые.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.