Миры у оранжевого карлика: открытие сверхплотной суперземли в системе TOI-2322

Одним из важнейших инструментов в поисках миров, подобных нашему, стал космический телескоп Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), запущенный в 2018 году с миссией обследовать сотни тысяч ближайших к Солнцу звезд в поисках признаков экзопланет. Именно благодаря TESS недавно была открыта уникальная планетная система, вращающаяся вокруг спокойной оранжевой звезды класса K, получившей обозначение TOI-2322. На расстоянии около 195 световых лет от Земли эта звезда, хоть и уступает Солнцу в размерах и массе, стала домом для двух каменистых миров, чьи характеристики заставляют астрономов с особым интересом присмотреться к их природе и эволюции.

TOI-2322 — это звезда спектрального класса K4, что указывает на ее более прохладную и менее массивную природу по сравнению с Солнцем. Ее эффективная температура составляет 4664 кельвина, она примерно на 30% меньше и легче Солнца, а ее металличность, измеряемая как содержание элементов тяжелее гелия, составляет –0,12 dex, что говорит о несколько более бедном химическом составе по сравнению со средними звездами солнечного типа. Возраст системы оценивается в 3,9 миллиарда лет — это зрелая, но еще активная звезда, чье медленное вращение с периодом около 21,28 дней стало важным фактором при анализе данных. Интересно, что этот период вращения близок к орбитальному периоду одной из обнаруженных планет, что создавало определенные трудности при интерпретации наблюдений, поскольку сигналы звездной активности могли маскировать или имитировать признаки планетарных транзитов.

Открытие двух экзопланет в этой системе стало возможным благодаря комбинации данных, полученных телескопом TESS, и последующих наземных наблюдений с использованием высокоточного спектрографа ESPRESSO, установленного на Очень Большом Телескопе Европейской южной обсерватории в Чили. Группа астрономов под руководством Мелиссы Хобсон из Женевского университета провела детальный анализ кривых блеска и измерений лучевых скоростей, что позволило не только подтвердить существование планет, но и точно определить их массы, размеры и орбитальные параметры.

Первая и ближайшая к звезде планета — TOI-2322 b — представляет собой мир, сопоставимый по размеру с Землей. Ее радиус примерно равен земному, а масса не превышает 2,03 массы Земли, что указывает на четко выраженную каменистую природу. Планета совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за 11,3 земных дня, двигаясь по орбите на расстоянии около 0,09 астрономических единиц. Из-за такой близости к звезде ее равновесная температура достигает 603 кельвина — это более 330 градусов по Цельсию, что делает поверхность планеты слишком горячей для существования жидкой воды. Тем не менее, ее компактность и плотность указывают на то, что это типичная скалистая экзопланета, возможно, с тонкой или отсутствующей атмосферой.

Гораздо более интригующей оказалась вторая планета — TOI-2322 c. Расположенная чуть дальше, на расстоянии 0,13 астрономической единицы, она обращается вокруг звезды за 20,2 дня. Ее радиус составляет около 1,87 радиуса Земли, что ставит ее в категорию суперземель, а равновесная температура составляет около 500 К (227 °C). Однако настоящим сюрпризом стала ее масса — примерно 18 масс Земли. При таких параметрах плотность планеты оказывается чрезвычайно высокой: около 14,69 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения, плотность Земли составляет всего 5,5 г/см³, а у планет земной группы в Солнечной системе аналогичные значения. Такая экстремальная плотность делает TOI-2322 c одной из самых плотных и массивных каменистых планет, когда-либо обнаруженных.

Астрономы предполагают, что внутренняя структура TOI-2322 c может быть похожа на земную, с крупным металлическим ядром и относительно тонкой силикатной мантией, но в значительно увеличенном масштабе. Такая композиция может быть результатом бурного процесса формирования в ранней фазе эволюции системы, возможно, включающего мощные столкновения, выброс внешних слоев и сохранение преимущественно тяжелых материалов. Это делает планету уникальным объектом для изучения процессов аккреции и дифференциации в планетных системах вокруг звезд средней массы.

Особое значение система TOI-2322 имеет и с методологической точки зрения. Близость периода вращения звезды к орбитальному периоду внешней планеты создает сложности при разделении планетных сигналов и эффектов, вызванных звездной активностью — такими как пятна или вспышки. Эта система становится естественной лабораторией для отработки методов фильтрации шумов в данных лучевых скоростей, что особенно важно для будущих поисков слабых сигналов от небольших, потенциально обитаемых планет.

Открытие в системе TOI-2322 — еще одно доказательство того, насколько разнообразен мир экзопланет. Эти два каменистых мира, вращающихся вблизи своей звезды, расширяют наше понимание того, как формируются и эволюционируют планеты за пределами Солнечной системы. Особенно впечатляет, что одна из них — TOI-2322 c — может оказаться крупнейшей известной землеподобной планетой, что ставит под сомнение привычные представления о предельных размерах и массах, при которых планеты остаются преимущественно каменистыми. Дальнейшие наблюдения этой системы могут пролить свет на химический состав ее планет, природу возможных атмосфер и условия, в которых формируются столь плотные и массивные миры.