122
Уявіть собі «невдалу зорю», яка раз за разом вривається в планетну систему по витягнутій орбіті, наче важка комета-бульдозер. Здавалося б, вона мала б розкидати зародки планет на всі боки. Але в системі TOI-201, описаній у матеріалі Space Astronomy, сталося протилежне: планети не лише вижили, а й утворилися в надзвичайно вузькій та гарячій зоні біля зорі — саме через цю дивну «невдалу зорю».
Що відомо коротко
- У системі TOI-201 виявили одразу три об’єкти: теплий газовий гігант TOI-201 b, кам’яну суперземлю TOI-201 d і масивний коричневий карлик TOI-201 c.
- Коричневий карлик TOI-201 c має масу між планетою та зорею і рухається по дуже витягнутій орбіті з періодом близько 2881 дня.
- Суперземля TOI-201 d обертається навколо зорі всього за 5,8 дня, а теплий Юпітер TOI-201 b — за 53 дні, і їхні орбіти вирівняні з орбітою карлика.
- Попри гравітаційні «струси» на відстанях, подібних до орбіти Марса, планети все ж сформувалися — у вузькому внутрішньому кільці диска.
- TOI-201 c став першим коричневим карликом з такою довгою орбітою, для якого точно виміряли масу за транзитами.
Що таке «невдала зоря» і чому вона все псує — але не тут
Коричневі карлики — це об’єкти між планетами та зорями. Вони народжуються, як зорі, з хмар газу й пилу, але не набирають достатньо маси, щоб у їхніх надрах запалився стійкий термоядерний «двигун» перетворення водню на гелій. Тому їх інколи називають «невдалими зорями».
Їхня маса зазвичай лежить між 13 і 80 масами Юпітера, тобто це гіганти, які за силою тяжіння здатні серйозно перекроювати все навколо. Уявіть вантажівку, що мчить по крихкому будівельному майданчику, де тільки-но почали складати цеглу: логічно чекати руйнування, а не акуратного будинку.
Саме так астрономи й думали про подібні системи: якщо поруч із молодою зорею по витягнутій орбіті ходить масивний коричневий карлик, він має розворушити газо-пиловий диск настільки, що формування стабільних планет стане майже неможливим. Але TOI-201 показала, що природа може обійти це правило.
Як дивна орбіта коричневого карлика «загнала» планети до зорі
TOI-201 c рухається навколо своєї зорі по дуже еліптичній орбіті з періодом близько 2881 дня. На частині шляху він підходить до зорі ближче, на іншій — віддаляється, створюючи сильні гравітаційні збурення на відстанях, подібних до проміжку між Сонцем і Марсом.
За класичними моделями, газові гіганти на кшталт Юпітера мають формуватися в диску на відстанях приблизно у 2–3 рази більших за відстань Земля–Сонце. Там достатньо матеріалу й умови сприятливі для нарощування масивних оболонок газу.
Однак присутність коричневого карлика на такій витягнутій орбіті, за словами дослідників, буквально витіснила зону формування планет до внутрішніх, гарячіших частин диска. Планети змогли «вижити», тільки оселившись у найвнутрішнішому й найгарячішому краї первинного газо-пилового диска, де гравітаційні удари карлика вже не такі руйнівні.
У результаті суперземля TOI-201 d обертається навколо зорі всього за 5,8 дня, а теплий Юпітер TOI-201 b — за 53 дні. Їхні орбіти вирівняні з орбітою коричневого карлика, що свідчить: усі три об’єкти формувалися й еволюціонували в тісній гравітаційній взаємодії.
Динамічний танець двох гігантів
Особливо цікаво поводиться теплий Юпітер TOI-201 b. Коли коричневий карлик на своїй витягнутій орбіті підходить ближче до зорі, між двома гігантами розгортається інтенсивна гравітаційна взаємодія.
Астрономи бачать це за тим, як змінюється час транзитів — моментів, коли планета проходить перед диском зорі й трохи зменшує її яскравість. Для TOI-201 b під час зближень з карликом спостерігаються різкі й сильні коливання часу транзитів. Це свого роду «сейсмограф» гравітаційних поштовхів у системі.
Такі зміни свідчать, що динаміка системи зараз далека від спокійної рівноваги. Планети й коричневий карлик продовжують «узгоджувати» свої орбіти, і ми застали їх у розпалі цього космічного танцю.
Як TESS побачив настільки рідкісний об’єкт
Систему TOI-201 виявили за допомогою космічного телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), який шукає екзопланети методом транзитів — фіксує невеликі падіння яскравості зорі, коли перед нею проходить планета чи інший об’єкт.
У випадку TOI-201 c астрономам пощастило: коричневий карлик був помічений під час рідкісної монотранзитної події, коли об’єкт лише один раз перетнув диск зорі за час спостережень, спричинивши одиничне падіння яскравості. Після цього розгорнули наземну кампанію спостережень, щоб підтвердити природу об’єкта й уточнити його параметри.
Зазвичай виявити такі масивні тіла з дуже довгими й ексцентричними орбітами методом транзитів майже неможливо: вони рідко проходять перед зорею з нашої точки зору. Тому TOI-201 c став особливо цінною знахідкою — це транзитний об’єкт із найдовшим відомим орбітальним періодом, для якого вдалося точно виміряти масу.
Чому ця система змушує переглянути моделі формування планет
Система TOI-201 кидає виклик уявленню, що масивні газові гіганти можуть формуватися лише на відносно далеких, спокійних орбітах у товстих шарах газо-пилового диска. Тут ми бачимо, що потужний, ексцентричний сусід не знищив шанси на появу планет, а радше «перекроїв» карту, змусивши їх народитися ближче до зорі.
За словами учасників команди, це відкриття дає важливий ключ до розуміння того, як планети можуть формуватися навіть поруч із масивними й «примхливими» об’єктами. Воно показує, що планетні системи можуть бути значно різноманітнішими й «вигнутішими», ніж передбачають прості моделі.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature, а TOI-201 c уже розглядають як важливу віху в астрономії коричневих карликів і екзопланет.
FAQ
Це вже усталена картина чи лише одна дивна система?
Поки що TOI-201 — поодинокий, але дуже показовий приклад. Він не скасовує існуючі моделі, а радше демонструє, що в них потрібно враховувати сценарії з масивними, ексцентричними сусідами, які зміщують зони формування планет.
Чому астрономи раніше не бачили подібних систем?
Об’єкти з довгими й витягнутими орбітами рідко проходять перед своєю зорею, тому їх важко виявити транзитним методом. До того ж потрібні тривалі й точні спостереження, щоб упіймати лише один транзит і зрозуміти, що це не випадковий шум.
Чи може коричневий карлик зруйнувати ці планети в майбутньому?
Дані свідчать про сильну динамічну взаємодію, але не про неминуче руйнування. Орбіти можуть повільно змінюватися, проте система вже існує достатньо довго, щоб планети сформувалися й стабілізувалися у внутрішній зоні.
Чи є в цієї системи шанси на придатні для життя світи?
Відомі планети TOI-201 b і TOI-201 d обертаються дуже близько до зорі й перебувають у гарячій зоні, де умови навряд чи сприятливі для життя земного типу. Проте головна цінність системи зараз — не в потенційній придатності для життя, а в тому, що вона розширює наше розуміння того, де й як взагалі можуть виникати планети.
Система TOI-201 показує, що навіть «невдала зоря» може стати архітектором планетної системи — не руйнуючи її, а змушуючи планети тісніше притиснутися до своєї зорі. Це змушує по-новому подивитися на хаос молодих зоряних систем: там, де ми очікуємо безлад, Всесвіт іноді будує напрочуд витончені конструкції.
Коричневий карлик змусив планети сховатися біля зорі з’явилася спочатку на Цікавості.
