Масса ядра гигантской экзопланеты WASP-107b намного ниже, чем считалось необходимым для создания огромной газовой оболочки, окружающей планеты-гиганты, такие как Юпитер и Сатурн , как выяснили астрономы из Университета Монреаля. Это интригующее открытие доктора Кэролайн Пиаулет из Института исследований экзопланет UdeM (iREx) предполагает, что планеты-газовые гиганты образуются намного легче, чем считалось ранее.
Пиауле является частью новаторской исследовательской группы профессора астрофизики UdeM Бьёрна Беннеке, которая в 2019 году объявила о первом обнаружении воды на экзопланете, расположенной в обитаемой зоне своей звезды. Опубликованный в Astronomical Journal вместе с коллегами из Канады, США, Германии и Японии новый анализ внутренней структуры WASP-107b имеет большое значение.
Такой же большой, как Юпитер, но в 10 раз легче
WASP-107b был впервые обнаружен в 2017 году вокруг WASP-107, звезды примерно в 212 световых годах от Земли в созвездии Девы. Планета очень близка к своей звезде — более чем в 16 раз ближе, чем Земля к Солнцу. Размером с Юпитер, но в 10 раз легче, WASP-107b — одна из известных экзопланет с наименьшей плотностью: астрофизики назвали этот тип планет "super-puff" или "сахарной ватой".
Пиауле и ее команда впервые использовали наблюдения WASP-107b, полученные в обсерватории Кек на Гавайях, чтобы более точно оценить его массу. Они использовали метод лучевых скоростей, который позволяет ученым определять массу планеты, наблюдая колебательное движение ее звезды из-за гравитационного притяжения планеты. Они пришли к выводу, что масса WASP-107b составляет примерно одну десятую массы Юпитера, или примерно в 30 раз больше массы Земли.
Затем команда провела анализ, чтобы определить наиболее вероятную внутреннюю структуру планеты. Они пришли к удивительному выводу: при такой низкой плотности планета должна иметь твердое ядро, не более чем в четыре раза превышающее массу Земли. Это означает, что более 85 процентов его массы заключено в толстом слое газа, окружающем это ядро. Для сравнения, Нептун , который имеет массу, аналогичную WASP-107b, имеет только от 5 до 15 процентов своей общей массы в газовом слое.
Планеты образуются в диске из пыли и газа, который окружает молодую звезду, называемую протопланетным диском. Классические модели образования планет-газовых гигантов основаны на Юпитере и Сатурне. В них твердое ядро, по крайней мере, в 10 раз массивнее Земли, необходимо для накопления большого количества газа до того, как диск рассеется.
Считалось, что без массивного ядра планеты-газы-гиганты не могут преодолеть критический порог, необходимый для создания и сохранения своих больших газовых оболочек. Как же тогда объяснить существование WASP-107b, у которого гораздо менее массивное ядро? Профессор Университета Макгилла и член iREx Ева Ли, всемирно известный эксперт по сверхмягким планетам, таким как WASP-107b, выдвигает несколько гипотез.
Для WASP-107b наиболее правдоподобным сценарием является то, что планета сформировалась далеко от звезды, где газ в диске достаточно холодный, чтобы газовая аккреция могла происходить очень быстро. Позже планета смогла переместиться в свое текущее положение либо посредством взаимодействия с диском, либо с другими планетами в системе.
Наблюдения Кека за системой WASP-107 охватывают гораздо более длительный период времени, чем предыдущие исследования, что позволяет исследовательской группе под руководством UdeM сделать дополнительное открытие: существование второй планеты, WASP-107c, с массой около одна треть от Юпитера, что значительно больше, чем у WASP-107b.
WASP-107c также находится намного дальше от центральной звезды; на полный оборот вокруг него уходит три года по сравнению с 5,7 днями для WASP-107b. Также интересно: у этой второй планеты высокий эксцентриситет, то есть ее траектория вокруг звезды скорее овальная, чем круговая.
WASP-107c в некоторых отношениях сохранил память о том, что происходило в его системе. Его большой эксцентриситет намекает на довольно хаотическое прошлое, с взаимодействиями между планетами, которые могли привести к значительным смещениям, таким как предполагаемое для WASP-107b.
Помимо истории формирования, вокруг WASP-107b есть еще много загадок. Исследования атмосферы планеты с помощью космического телескопа Hubble, опубликованные в 2018 году, выявили один сюрприз: в ней очень мало метана.
