Изучение TOI-201c меняет правила формирования планетных систем

В последние годы астрономия экзопланет переживает настоящую революцию: на сегодняшний день подтверждено существование более 6300 миров за пределами Солнечной системы, и это число неуклонно растет. Среди множества открытий особое место занимают компактные системы, где несколько тел вращаются в непосредственной близости друг от друга. Одна из таких систем, TOI-201, привлекла пристальное внимание международной группы ученых под руководством Европейской южной обсерватории (ESO) и Национального института астрофизики (INAF).

Используя данные космического телескопа TESS (НАСА) и наземные спектрографы FEROS и PLATO Spec в обсерватории Ла-Силья, исследователи обнаружили необычную динамику: массивный коричневый карлик на сильно вытянутой орбите не разрушил, а, напротив, сформировал условия для рождения двух других планет в узкой внутренней зоне. Результаты этой работы, опубликованные в журнале Nature, ставят под сомнение классические представления о планетообразовании и предлагают новый взгляд на роль массивных тел в эволюции планетных систем.

Главный герой этого исследования – объект TOI-201c, который по своим характеристикам находится на границе между гигантскими планетами и коричневыми карликами. Его масса приближается к верхнему пределу, допустимому для планет, а орбитальный период составляет 2881 день, что делает его уникальным рекордсменом среди транзитных объектов: на сегодня это тело с самым длительным известным периодом обращения, для которого удалось точно измерить массу.

Однако ключевой особенностью TOI-201c является не только его период, но и форма орбиты – она сильно эллиптическая, с эксцентриситетом 0,622. Это означает, что в своем движении коричневый карлик то приближается к родительской звезде на относительно близкое расстояние, то удаляется далеко за пределы внутренней системы. Такая «раскачивающаяся» траектория порождает мощные гравитационные возмущения, которые, по логике традиционных моделей, должны были бы сделать любые области за пределами 1,5 астрономических единиц (примерно расстояние от Солнца до Марса) динамически нестабильными и непригодными для существования других планет.

Тем не менее, наблюдения показали совершенно иную картину. Внутри этой, казалось бы, враждебной зоны сформировались две планеты – каменистая суперземля TOI-201d с периодом всего 5,8 дня и газовый «теплый Юпитер» TOI-201b, который совершает оборот за 53 дня. Самое удивительное, что их орбитальные плоскости идеально выровнены с плоскостью орбиты самого коричневого карлика.

Согласно классическим сценариям, газовые гиганты рождаются на расстояниях 2–3 астрономических единицы от звезды, однако в системе TOI-201 массивный эксцентричный объект буквально «сжал» зону формирования своих соседей, заставив их образоваться на самых внутренних окраинах протопланетного диска. Более того, когда TOI-201b максимально сближается со звездой, его транзитное время испытывает сильные колебания, что свидетельствует о интенсивном гравитационном взаимодействии с коричневым карликом – эти две планеты постоянно «общаются» друг с другом, нарушая строгую периодичность своих прохождений по диску звезды.

Это открытие дает астрономам бесценный ключ к пониманию того, как планетные системы могут выживать и даже процветать в присутствии столь массивных и нестабильных объектов. Метод транзитов, позволивший зафиксировать TOI-201c, крайне редко приносит столь долгопериодические находки, и этот случай стал первым, когда масса подобного тела была надежно подтверждена независимым методом радиальных скоростей.

Ученые подчеркивают, что уникальность TOI-201 заключается еще и в том, что это первое небесное тело, которое удастся одновременно охарактеризовать с помощью четырех различных техник: фотометрических транзитов, вариаций времени транзита, радиальных скоростей и, в перспективе, астрометрических данных с космического телескопа Gaia. Когда в четвертом выпуске данных Gaia DR4 будут опубликованы новые измерения, исследователи смогут реконструировать точную трехмерную орбиту коричневого карлика, что позволит завершить полную картину этой необычной системы.

Таким образом, главный итог исследования TOI-201 заключается в том, что гравитационное влияние коричневого карлика, вопреки ожиданиям, не препятствовало, а способствовало формированию компактной внутренней системы из двух планет, вынужденных «ютиться» в узкой зоне вблизи звезды. Этот сценарий бросает вызов традиционным моделям планетообразования и демонстрирует, что даже самые нестабильные на первый взгляд конфигурации могут быть колыбелью для новых миров.

Работа ученых не только открывает новую страницу в изучении экзопланетных систем, но и подчеркивает важность комплексного подхода, сочетающего данные космических и наземных обсерваторий, для понимания сложных динамических процессов во Вселенной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях