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.
«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.
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.
![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 "Половина этой экзопланеты покрыта лавой")
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.
