«Необычайно массивная»: астрономы обнаружили планету, которой не должно было существовать

Исследователи из штата Пенсильвания обнаружили необычно массивную планету LHS 3154b, вращающуюся вокруг ультрахолодной карликовой звезды. Это открытие, которое противоречит современным теориям, побуждает к переоценке процессов формирования звезд и планет.

По мнению исследователей из Пенсильванского университета, открытие планеты, столь массивной по отношению к Солнцу, ставит под сомнение то, что ранее было известно о формировании планет и их солнечных систем.

В исследовании, опубликованном 30 ноября в журнале НаукиИсследователи объявили об открытии планеты, масса которой более чем в 13 раз превышает массу Земли, вращающейся вокруг «ультрахолодной» звезды LHS 3154, которая сама по себе в девять раз менее массивна, чем Солнце. Отношение массы вновь открытой планеты к массе ее родительской звезды более чем в 100 раз превышает таковое у Земли и Солнца.

Это видео представляет собой художественное представление недавно открытой системы LHS 3154, которая содержит планету, гораздо большую по сравнению с Солнцем, чем предсказывают современные модели. Фото: Эбигейл Хоуп Минних.

Оспаривание текущих теорий

Открытие показывает, что самая массивная из известных планет находится на близкой орбите вокруг ультрахолодной карликовой звезды, самой низкой массы и самой холодной звезды во Вселенной. Это открытие противоречит тому, что предсказывают современные теории относительно формирования планет вокруг маленьких звезд, и представляет собой первый случай, когда планета с такой большой массой наблюдалась на орбите звезды с малой массой.

«Это открытие действительно показывает, как мало мы знаем о Вселенной», — сказал Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете и соавтор статьи. «Мы не ожидали, что вокруг звезды малой массы появится такая массивная планета».

Художественная визуализация коллективного сравнения LHS 3154, нашей Земли и нашего Солнца. Фото: Университет штата Пенсильвания.

Образование звезд и планет

Он объяснил, что звезды образуются из больших облаков газа и пыли. После формирования звезды газ и пыль остаются в виде дисков материала, вращающихся вокруг новорожденной звезды, которые в конечном итоге могут превратиться в планеты.

«Ожидается, что диск, формирующий планету вокруг маломассивной звезды LHS 3154, не будет иметь достаточно твердой массы для формирования этой планеты», — сказал Махадеван. «Но он существует, поэтому теперь нам нужно пересмотреть наше понимание того, как формируются планеты и звезды».

Исследователи из Пенсильванского университета Суврат Махадеван и Меган Деламер объясняют открытие массивной планеты, вращающейся вокруг маленькой звезды. Фото: Университет штата Пенсильвания.

Обнаружение с использованием HPF

Исследователи наблюдали за массивной планетой под названием LHS 3154b, используя астрономический спектрограф, построенный в Пенсильвании группой ученых под руководством Махадевана. Инструмент под названием «Поиск планет в обитаемой зоне», или HPF, предназначен для обнаружения планет, вращающихся вокруг самых холодных звезд за пределами нашей Солнечной системы, на которых потенциально может находиться жидкая вода — ключевой ингредиент жизни — на их поверхности.

Открытие планет вокруг ультрахолодных звезд

Хотя обнаружить такие планеты вокруг таких звезд, как наше Солнце, очень сложно, низкая температура ультрахолодных звезд означает, что планеты, способные иметь жидкую воду на своей поверхности, находятся гораздо ближе к своей звезде, чем Земля и Солнце. Это более короткое расстояние между этими планетами и их звездами в сочетании с меньшей массой ультрахолодных звезд приводит к обнаружению сигнала, сообщающего о присутствии планеты, объяснил Махадеван.

«Думайте об этом как о звезде как о костре. Чем прохладнее становится огонь, тем ближе вы к нему, чтобы согреться», — сказал Махадеван. «То же самое верно и для планет. Если звезда холоднее, планете придется находиться ближе к ней, чтобы она была достаточно теплой и могла содержать жидкую воду. Если орбита планеты находится достаточно близко к ее ультрахолодной звезде, мы можем обнаружить это, наблюдая очень небольшое изменение цвета или света в спектрах звезды, когда ее тянет вращающаяся по орбите планета.

Художественное изображение возможного вида с LHS 3154b на ее маломассивную родительскую звезду. Учитывая большую массу, LHS 3154b, вероятно, имеет состав, подобный Нептуну. Фото: Пенсильвания.

Важность HPF

HPF, расположенный на телескопе Хобби-Эберли в обсерватории Макдональд в Техасе, обеспечивает одни из самых высоких на сегодняшний день измерений разрешения инфракрасных сигналов от близлежащих звезд.

«Открытие с помощью HPF было особенным, поскольку это новый инструмент, который мы спроектировали, разработали и построили с нуля с целью изучения неизвестных планетарных популяций вокруг звезд с меньшей массой», — сказал Гумундур Стефанссон. НАСА научный сотрудник Сагана по астрофизике Университет Принстон и ведущий автор статьи, который участвовал в разработке HPF и работал над исследованием в качестве аспиранта в Пенсильванском университете. «Сейчас мы пожинаем плоды, изучая новые и неожиданные аспекты этой захватывающей группы планет, вращающихся вокруг некоторых близлежащих звезд».

Этот инструмент уже дал важную информацию в Открытие и подтверждение Стефанссон объяснил, что существуют новые планеты, но открытие планеты LHS 3154b превзошло все ожидания.

Переосмысление теорий формирования планет

«Основываясь на существующих исследовательских работах с HPF и другими инструментами, объект, подобный тому, который мы обнаружили, вероятно, чрезвычайно редок, поэтому его открытие было действительно захватывающим», — сказала Меган Деламер, аспирантка астрономии в Пенсильванском университете и соавтор исследования. проект. бумага. «Наши нынешние теории формирования планет с трудом объясняют то, что мы видим».

Деламер объяснил, что в случае обнаруженной массивной планеты, вращающейся вокруг звезды LHS 3154, ядро ​​тяжелой планеты, предполагаемое измерениями команды, потребует большего количества твердого материала в диске планеты, чем предсказывают текущие модели. Это открытие также поднимает вопросы о предшествующем понимании процесса звездообразования, поскольку соотношение массы и пыли к газу в околозвездном диске, таком как LHS 3154, когда он был молодым и вновь формировался, должно было быть в десять раз выше. Из того, что наблюдалось, сформировалась массивная планета, подобная той, которую открыла команда.

«То, что мы обнаружили, представляет собой экстремальный пример проверки для всех существующих теорий формирования планет», — сказал Махадеван. «Именно для этого мы создали HPF: выяснить, как наиболее распространенные звезды в нашей галактике образуют планеты, и найти эти планеты».

Ссылка: «А Нептун-Масса Экзопланета «На близкой орбите звезды малой массы бросает вызов моделям формирования» Гумундур Стефанссон, Суврат Махадеван, Ямила Мигель, Пол Робертсон, Меган Деламер, Шубхам Канодиа, Калеб И. Каниас, Джошуа Н. Винн, Джо Б. Нинан, Райан К. Терриен, Рэй Холкомб, Эрик Б. Форд, Брианна Завадски, Брендан Б. Боулер, Чад Ф. Бендер, Уильям Д. Кокран, Скотт Диддамс, Майкл Энделл, Коннор Фредерик, Сэмюэл Халверсон, Фред Харти, Гэри Дж. Хилл, Андреа С. Дж. Лейн, Эндрю Дж. Меткалф, Эндрю Мансон, Лоуренс Рамзи, Арпита Рой, Кристиан Шваб, Джейсон Т. Райт и Грегори Земан, 30 ноября 2023 г., Науки.
doi: 10.1126/science.abo0233

Другими авторами статьи из штата Пенсильвания являются Эрик Форд, Брианна Завадски, Фред Харти, Андреа Лин, Лоуренс Рамзи и Джейсон Райт. Другими авторами этой статьи являются Джошуа Вен из Принстонского университета, Ямила Мигель из Лейденского университета, Пол Робертсон из Калифорнийского университета в Ирвине, Рэй Холкомб из Калифорнийского университета и Шубхам Канодиа из Калифорнийского университета. Институт Карнеги наукиКалеб Каниас из Центра космических полетов Годдарда НАСА, Джо Нинан из Индийского института фундаментальных исследований Тата, Райан Терриен из Карлтон-колледжа, Брендан Боулер, Уильям Кокран, Майкл Эндел и Гэри Хилл из Техасского университета в Остине и Чад Бендер из университета Техаса в Остине. Университет Аризоны, Скотт Диддамс, Коннор Фредерик и Эндрю Меткалф из Университета Колорадо, Сэмюэл Халворсон из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института, Эндрю Мансон из Университета Аризоны, Арпита Рой из Университета Джона Хопкинса, Кристиан Шваб из Университет Маккуори в Австралии и Грегори Зееман из Хобби-телескопа, Эберли из Техасского университета в Остине.

Эта работа финансировалась Центром экзопланет и обитаемых миров в штате Пенсильвания, Консорциумом космических грантов Пенсильвании, Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства, Национальным научным фондом и Фондом Хайсинга-Саймонса.