Астрономы, работающие с TESS (Транзитный спутник для исследования экзопланет), обнаружили планету, которая слишком долго оставалась вне Солнца. Или, по крайней мере, половина из них имеет. Недавно открытая планета приливно привязана к своей звезде, и одна ее сторона полностью расплавлена.
Новая планета была обнаружена на орбите звезды HD 63433. Звезда молодая, ей всего около 400 миллионов лет, и ее масса и радиус примерно такие же, как у Солнца. Это также звезда G-типа, как и наше Солнце.
Планета называется HD 63433 d, и это третья планета, обнаруженная в системе, хотя две другие были обнаружены пару лет назад. Он скалистый и примерно такого же размера, как Земля, но на этом сходство заканчивается.
HD 63433 d имеет возраст менее 500 миллионов лет. Это помещает ее в особую категорию, поскольку из тысяч подтвержденных экзопланет, которые мы нашли, только 50, по оценкам, имеют возраст менее полумиллиарда лет. Это также самая маленькая планета земного типа, найденная так близко к нам. Он обращается вокруг своей звезды примерно за 4,2 дня и находится примерно в восемь раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. Результат?
Сторона планеты, обращенная к звезде, не получает отсрочки от мощного излучения звезды. На дневной стороне планеты температура достигает 1257°C (2294°F). Это означает, что она извергает горячую лаву и, вероятно, проведет в этом состоянии миллиарды лет. Это исключает любую потенциальную обитаемость, а обитаемость — это Святой Грааль исследований экзопланет.
Но HD 63433 d — это больше, чем просто еще одна безжизненная экзопланета. Это ценная часть головоломки в поисках понимания того, как формируются и развиваются планеты. Планеты этого типа являются настолько важной целью для науки, что TESS имеет целый проект, нацеленный на них: ТИМЬЯН.
Открытие представлено в новой статье под названием «TESS Охота за молодыми и созревающими экзопланетами (THYME). XI. Планета размером с Землю, вращающаяся вокруг ближайшего солнечного узла в движущейся группе Большой Медведицы, вращающейся за 400 млн лет». Он был опубликован в «Астрономическом журнале» и представлен 10 января на презентации Американского астрономического общества 2024 года. Ведущий автор — Бенджамин Капистрант, аспирант астрономии Университета Флориды.
«Молодые земные миры являются важнейшими испытательными полигонами для проверки преобладающих теорий формирования и эволюции планет», — пишут авторы. Тот факт, что HD 63433 d представляет собой наполовину лаву, этого не меняет. Его изучение поможет планетологам изучить атмосферные потери. Кроме того, свет ее звезды настолько ярок, что позволяет проводить точную спектроскопию.
![Половина этой экзопланеты покрыта лавой Этот рисунок исследования показывает, насколько редки такие экзопланеты, как HD 63433 d. Ось X — это расстояние от Земли, а ось Y — радиус планеты. Каждый серый круг — это известная экзопланета, а каждый синий пятиугольник — известная экзопланета возрастом менее 500 миллионов лет. Желтая звезда представляет собой HD 63433 d, ближайшую молодую экзопланету размером с Землю, обнаруженную на сегодняшний день. Изображение предоставлено: Капистрант и др. 2024 год](/wp-content/uploads/2024/01/ajad1039f6_hr.jpg)
«Видимая яркость звездного хозяина делает эту транзитную мультипланетную систему благоприятной для дальнейших исследований, включая спектроскопические наблюдения для исследования атмосферных потерь в молодом мире размером с Землю», — объясняют авторы.
Первые несколько сотен миллионов лет жизни планеты имеют решающее значение. Молодые солнечные системы — это динамичные места. Столкновения между планетами и гравитационные взаимодействия могут заставить планеты мигрировать или следовать по эксцентричным орбитам. Также наблюдаются многочисленные воздействия астероидов и планетезималей, которые могут продолжаться в течение длительного времени. В регионах плотного звездообразования соседние звезды могут даже влиять на планеты в близлежащих системах.
«Поэтому детальные наблюдения планетных систем в такой среде имеют решающее значение для понимания общей истории формирования населения экзопланет», — объясняют авторы.
![Половина этой экзопланеты покрыта лавой На иллюстрации этого художника изображена экзопланета, приливно привязанная к своей звезде. Сторона, обращенная к звезде, настолько горячая, что кажется расплавленной породой. Изображение предоставлено: НАСА/Миссия Кеплера/Дана Берри.](/wp-content/uploads/2023/11/kepler-10-b-1.jpg)
Чем важна HD 63433 d, помимо ее размера и близости к Земле? Все сводится к атмосфере экзопланет.
«В настоящее время одним из наиболее важных исследований в науке об экзопланетах является понимание того, при каких обстоятельствах планеты сохраняют или теряют свою плотную первичную водородно-гелиевую атмосферу и какие физические процессы приводят к этому явлению», — пишут авторы.
В распределении радиусов малых экзопланет существует разрыв в массах, который ученые называют разрывом в радиусе малых планет. По какой-то причине существует нехватка малых планет, радиус которых примерно в 1,5–2 раза превышает радиус Земли. Нет никаких оснований полагать, что планеты не формируются при таких радиусах, поэтому ученые полагают, что планеты теряют массу и в конечном итоге становятся меньше.
![Половина этой экзопланеты покрыта лавой Гистограмма планет заданных радиусов из выборки из 900 систем Кеплера. Очевидно снижение частоты встречаемости между 1,5 и 2,0 радиусами Земли. [Fulton et al. 2017]](/wp-content/uploads/2023/11/radius-gap.png)
Ученые-планетологи не уверены, что движет потерей массы, создающей разрыв, но за это могут быть ответственны два основных механизма. Одним из них является фотоиспарение в крайнем ультрафиолете. Молодые звезды излучают мощное ультрафиолетовое излучение, которое может вытеснить атмосферу с планеты в космос.
Другой механизм — потеря массы за счет энергии ядра. Благодаря этому механизму светимость остывающего ядра планеты обеспечивает энергию, необходимую для потерь в атмосфере. Эти ядра изначально становятся горячими из-за их сборки и формирования, поскольку гравитационная энергия, которая связывает их вместе, преобразуется в тепло. По мере того как ядра остывают, тепло может вытеснить атмосферу.
Эти механизмы работают в разных временных масштабах, и именно поэтому молодая HD 63433 d является таким привлекательным объектом для изучения. Поскольку его радиус меньше радиуса зазора, он, скорее всего, каменистый. Но если потеря массы займет больше 500 миллионов лет, у нее все еще может быть плотная атмосфера. «Поскольку планеты размером с Землю, вращающиеся вокруг молодых звезд, подобных Солнцу, до сих пор было трудно обнаружить, HD 63433 d представляет собой особенно убедительный пример для изучения атмосферы планет размером с Землю, вращающихся на близкой орбите», — пишут авторы.
Это открытие важно, потому что планета является ценной целью для будущих более подробных наблюдений за ее атмосферой. «Было бы полезно узнать массу планеты, используя точные лучевые скорости, и определить, действительно ли состав скалистый, как и ожидалось на основе наблюдений за более старыми планетами», — объясняют исследователи.
Первым шагом является подтверждение того, что HD 63433 d на самом деле является каменистой планетой. JWST должен сыграть в этом свою роль, поскольку его инструмент MIRI уже использовался для улавливания теплового излучения скалистых экзопланет. Эти измерения служат эталоном, который астрономы могут использовать для сравнения наблюдений JWST HD 63433 d с другими каменистыми планетами. «Более того, необычная яркость звезды должна обеспечить достаточное количество фотонов для проведения этих чувствительных измерений», — пишут авторы.
Большинство каменистых планет, включая Землю, после своего первоначального формирования представляют собой планеты-океаны магмы. Повторяющиеся удары приводят к тому, что поверхность планеты остается расплавленной. Но некоторые, например HD 63433 d, остаются полурасплавленными в течение миллиардов лет. Это может обречь их на вечную безжизненность, но, как показывают исследования, они могут многое нам рассказать.
Это может быть ключом к разгадке тайны небольшого разрыва в радиусе планеты.