Согласно современной теории, большие газовые планеты, такие как Юпитер и Сатурн, образуются, когда аккреционный диск звезды содержит достаточно материала. Обычно это характерно для более тяжелых звезд с массой не менее одной солнечной. Затем образуется массивное каменное ядро, которое связывает с собой много газа . Его высокая гравитациям ожет удерживать эту газовую оболочку после растворения первичного облака.
Однако газовые гиганты встречаются и у красных карликов с малой массой, хотя их аккреционные диски должны быть слишком легкими для такой большой планеты.
«Кроме того, аккреционный диск имеет более короткое время жизни в насыщенной УФ-излучением среде М-карликов».
Шабхам Канодиа из Университета штата Пенсильвания и его коллеги
Следовательно, у протопланеты на самом деле слишком мало времени, чтобы сформировать достаточно тяжелое ядро.
Команда Канодии обнаружила газовый гигант, необычный в нескольких отношениях. От нас экзопланету TOI-3757b отделяет приблизительно 580 световых лет. Она вращается вокруг более старого красного карлика, имеющего около 60 % массы и размера нашего Солнца. Наблюдения за транзитом со спутника НАСА TESS уже показали, что планета имеет диаметр около 150 000 км.
Это делает TOI-3757b редким для красного карлика газовым гигантом. Кроме того, у него еще и необычно тесная орбита. Астрономы определили, что для обращения вокруг родительской звезды экзопланете требуется всего 3,5 дня. TOI-3757b в десять раз ближе к своей центральной звезде, чем, например Меркурий.
«Предыдущие исследования обычно находили такие планеты-гиганты намного дальше от красных карликов».
Шабхам Канодиа
Однако еще более удивительной является плотность экзопланеты: с помощью наземных телескопов астрономы наблюдали крошечное колебание, вызванное гравитацией планеты на ее звезде, и смогли определить, что TOI-3757b имеет около земных 85 масс. Значит, этот газовый гигант имеет размеры Юпитера и только четверть его массы. Поэтому плотность экзопланеты составляет всего 0,27 г на см3.
«Таким образом, TOI-3757b имеет самую низкую плотность, когда-либо измеренную у планеты красного карлика»
Канодиа и его команда
Даже Сатурн, наименее плотная газовая планета в нашей Солнечной системе, в два раза плотнее этой экзопланеты. Плотность этого газового гиганта составляет всего четверть плотности воды, он пышный, как зефир, и может плавать даже в бассейне с водой.
Странно то, что когда газовые гиганты имеют исключительно низкую плотность, это обычно происходит из-за очень горячей раздутой газовой оболочки, когда планета получает много тепла от своей звезды — например горячего Юпитера.
«Но приток тепла к TOI-3757b не является аномально повышенным по сравнению с другими газовыми гигантами вокруг М-карликов. Поэтому мы считаем маловероятным, что раздутая природа TOI-3757b связана со звездным теплом».
Команда Канодиа
Большое количество внутреннего тепла также может раздувать планеты. Обычно это происходит, когда экзопланета очень молода и ее недра едва успели остыть. Однако в случае с TOI-3757b это тоже маловероятно, поскольку характеристики родительской звезды предполагают, что ей уже более семи миллиардов лет. Поэтому и ее планета вряд ли может быть моложе.
Астрономы предполагают, что виновниками ее пышности могут быть два фактора: во-первых, звезда и планета имеют относительно низкую металличность — они содержат только треть тяжелых элементов по сравнению с другими красными карликами и их газовыми планетами. Таким образом, аккреционный диск этой системы мог содержать гораздо меньше материала для формирования планет. Кроме того, такие первичные облака растворяются быстрее, чем богатые металлом
Это означает, что твердое ядро газового гиганта, вероятно, не могло расти достаточно быстро, чтобы достичь своего полного размера. В результате оно осталось меньшим и менее массивным, чем у других газовых гигантов, а газовая аккреция тоже началась позже.
«TOI-3757b — это неудавшийся Юпитер».
Команда Канодиа
Второй фактор: TOI-3757b вращается вокруг своей звезды по немного эксцентричной орбите. В результате гравитационное воздействие звезды на ее планету меняется во время движения по орбите. Это создает растягивающие и сжимающие приливные силы, которые могут нагревать внутреннюю часть и газовую оболочку газового гиганта, вызывая инфляцию.
«Такой приливный эффект может быть причиной, по крайней мере, частичного вздутия TOI-3757b».
Канодиа и его коллеги
Дальнейшие исследования должны прояснить, как и почему эта необычная экзопланета стала таким пышным газовым гигантом.
Источник информации и фото:
Молодые экзопланеты свидетельствуют о ранней миграции газовых гигантов.
