Легче сахарной ваты: астрономы нашли самую воздушную пару планет за всю историю наблюдений

Международная группа астрономов под руководством Оксфордского университета открыла две гигантские планеты с рекордно малой плотностью TOI-791 b и TOI-791 c, вращающиеся вокруг звезды типа F7 в 1110 световых годах от Земли. Их плотность составляет 0,038 и 0,047 г/см³ соответственно, что ниже плотности сахарной ваты и в 28–35 раз меньше, чем у Юпитера. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В южном созвездии Летучей Рыбы, на расстоянии более тысячи световых лет, обнаружена система, которая бросает вызов привычным представлениям о планетарной физике. Две планеты, TOI-791 b и TOI-791 c, по размеру почти не уступают Юпитеру, но их масса настолько мала, что средняя плотность оказывается фантастически низкой – менее пяти сотых грамма на кубический сантиметр.

Для наглядности: сахарная вата, которую мы привыкли считать эталоном воздушности, имеет плотность около 0,05 г/см³. Средняя плотность Земли составляет 5,5 г/см³, то есть наша планета примерно в 110 раз плотнее сахарной ваты. Юпитер же, несмотря на свою газовую природу, плотнее TOI-791 b примерно в 35 раз. А сама TOI-791 b с ее плотностью всего 0,038 г/см³ оказывается даже менее плотной, чем сахарная вата — это все равно что сравнить облако с куском льда.

Эти небесные тела относятся к редкому классу «супер-паффов» (от англ. super-puff) – сверхраздутых миров, чьи атмосферы, по всей видимости, занимают практически весь объем планеты. Особую ценность открытию придает то, что обе планеты находятся в одной системе и образуют гравитационный танец, известный как резонанс среднего движения 5:3. Это означает, что за каждые пять оборотов внутренней планеты вокруг звезды внешняя совершает ровно три оборота.

Такое взаимодействие создает регулярные взаимные возмущения, которые заметно меняют моменты прохождения планет по диску звезды – транзиты. Подобных систем с несколькими супер-паффами астрономам известно всего четыре, поэтому TOI-791 становится уникальной естественной лабораторией.

История открытия началась не в профессиональной обсерватории, а благодаря волонтерам проекта Planet Hunters TESS, которые в 2019 и 2023 годах заметили подозрительные сигналы в данных космического телескопа НАСА. Затем за дело взялись ученые: чтобы вычислить плотность, им потребовалось одновременно определить размеры и массы планет. Размеры получают по глубине затемнения звезды во время транзита – чем крупнее планета, тем сильнее падает яркость.

Массы же удалось оценить по крошечным временным сдвигам между транзитами, вызванным взаимным притяжением двух планет. Эти сдвиги, хотя и измеряются минутами, позволили рассчитать, что газовые оболочки TOI-791 b и TOI-791 c невероятно раздуты.

Ключевую роль в наблюдениях сыграл антарктический телескоп ASTEP, расположенный на станции Конкордия. Антарктическая зима подарила астрономам месяцы непрерывной темноты, что позволило в одном сеансе зафиксировать транзиты, длящиеся более 11 часов каждый – это самый длинный непрерывный транзит, когда-либо целиком наблюдавшийся с поверхности Земли. Без этого уникального условия уловить столь протяженные затмения было бы невозможно.

Ученые пока спорят о механизмах возникновения таких «пушистых» гигантов. Основная гипотеза говорит о том, что они сформировались далеко от своей звезды, в холодных областях протопланетного диска, где водород и гелий могли быстро охлаждаться и накапливаться вокруг небольшого твердого ядра, создавая непропорционально толстую атмосферу. Однако чтобы подтвердить или опровергнуть эту модель, требуются новые данные.

Итог исследования открывает прямую дорогу к следующим шагам. Команда уже предложила направить на систему космический телескоп Джеймс Уэбб, чтобы проанализировать химический состав раздутых атмосфер – в частности, искать соединения углерода, азота и кислорода. Эти спектральные отпечатки помогут понять, где именно и при каких условиях зародились эти планеты.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях