Телескоп TESS обнаружил плотный супернептун в пустыне горячих планет

Международной команде астрономов, вооруженной данными космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), удалось подтвердить существование необычной экзопланеты, которая может стать ключом к пониманию эволюции планет в экстремальных условиях. Этот новый мир, обозначенный как TOI-3862 b, вращается вокруг солнцеподобной звезды и представляет собой редчайший класс объектов — плотный супернептун, выживший в так называемой «пустыне горячего Нептуна». Его изучение, подобно чтению каменной летописи, позволяет заглянуть в бурное прошлое планет, теряющих свою атмосферу под беспощадным светом близкой звезды.

Звезда TOI-3862, расположенная примерно в 800 световых годах от нас, оказалась чуть меньше и легче Солнца, но при этом почти в два раза старше — ее возраст оценивается в 7.5 миллиардов лет. Внимательный анализ колебаний ее света, выполненный TESS, выявил периодическое затемнение, вызванное прохождением планеты по диску звезды. Последующие наблюдения с наземных инструментов, измерявшие «покачивание» звезды под гравитационным влиянием планеты, окончательно подтвердили открытие и позволили с высокой точностью вычислить массу и плотность небесного тела.

Результаты оказались впечатляющими. Экзопланета TOI-3862 b совершает полный оборот вокруг своей звезды всего за 1.56 земных дня на расстоянии, в 40 раз меньшем, чем от Земли до Солнца. Из-за такой тесной орбиты равновесная температура на планете достигает палящих 1539 Кельвинов.

При размере, примерно вдвое меньшем юпитерианского, ее масса составляет около 17% массы Юпитера. Именно рассчитанная средняя плотность — 1.75 грамма на кубический сантиметр — стала главной сенсацией. Это значение, сравнимое с плотностью некоторых горных пород, указывает на то, что перед нами не типичный газовый гигант, а уникальный плотный объект, чрезвычайно богатый тяжелыми элементами.

Астрономы под руководством Иларии Карлео классифицировали TOI-3862 b как супернептун, находящийся в «пустыне горячего Нептуна». Этот термин описывает удивительный дефицит планет размером между Нептуном и Сатурном на сверхкоротких орбитах, где они, казалось бы, должны обнаруживаться легко. TOI-3862 b является одним из тех редких «выживших». Моделирование внутреннего строения планеты показывает, что она, вероятно, состоит из массивного железного ядра (занимающего 38–41% радиуса), окруженного силикатной мантией (40–45%). Лишь относительно тонкая оболочка, около 15–20% радиуса, приходится на остатки водородно-гелиевой атмосферы.

Именно судьба этой атмосферы делает открытие столь значимым. Ученые полагают, что за миллиарды лет интенсивного звездного излучения TOI-3862 b потеряла почти всю свою первоначальную, значительно более толстую газовую оболочку. Процессы фотоиспарения и атмосферного коллапса медленно «обнажили» плотное ядро планеты. Таким образом, TOI-3862 b представляет собой идеальный природный лабораторный образец для проверки теорий об эволюции и потере атмосферы экзопланетами.

Дальнейшее изучение, в частности, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», может дать беспрецедентные данные о составе остаточной атмосферы и процессах взаимодействия между планетой и родительской звездой в экстремальных условиях. Это открытие не просто добавляет новый мир в каталог экзопланет, а предоставляет уникальное окно в финальные стадии эволюции целого класса планет, позволяя астрономам понять, как и почему формируются эти космические пустыни.