Содержание статьи:
Астрономы десятилетиями полагали, что строение планетных систем во Вселенной повторяет схему Солнечной: ближе к звезде формируются каменистые миры, а дальше — газовые гиганты. Сотни открытых экзопланет подтверждали эту теорию, пока исследователи не наткнулись на систему у красного карлика ЛХС 1903, которая полностью ломает привычные представления. В этой системе порядок планет оказался противоположным ожидаемому: после двух газовых гигантов на дальней орбите обнаружился еще один каменистый мир, которого там не должно быть по всем действующим моделям.
Как устроена большинство изученных планетных систем
В Солнечной системе четко выделяются две группы планет. Первые четыре — Меркурий, Венера, Земля, Марс — состоят преимущественно из твердых пород и металлов, их называют земной группой. Следующие четыре — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун — это газовые гиганты с плотными атмосферами, они сформировались дальше от Солнца, где низкая температура позволяла газам скапливаться вокруг ядер.
Долгое время астрономы полагали, что эта схема универсальна. Согласно основным теориям формирования планет, ядра будущих миров собираются из пыли и газа в протопланетном диске вокруг молодой звезды. Ближе к светилу высокая температура и мощное излучение не дают газам скапливаться, поэтому там формируются небольшие каменистые планеты. Дальше от звезды холоднее, и газ может удерживаться силами гравитации, образуя массивные атмосферы газовых гигантов.
Для запоминания порядка планет в Солнечной системе часто придумывают мнемонические фразы, где первые буквы слов соответствуют названиям небесных тел, но для системы ЛХС 1903 такой шаблон не подходит — там логика расположения миров иная.
Открытие системы у красного карлика ЛХС 1903
ЛХС 1903 — небольшой холодный красный карлик, который тусклее и холоднее нашего Солнца. Такие звезды составляют большинство в нашей галактике, поэтому изучение их планетных систем особенно важно для понимания распространенности жизни во Вселенной.
Группа исследователей под руководством Томаса Уилсона из Университета Уорика в Великобритании объединила данные нескольких наземных и космических телескопов, чтобы изучить планеты вокруг этой звезды. Сначала ученым удалось выявить три мира: ближайший к звезде оказался каменистым, а следующие два — газовыми. Это полностью соответствовало существующим теориям, поэтому астрономы не ожидали никаких сюрпризов.
Затем исследователи проанализировали данные спутника Хеопс Европейского космического агентства, который предназначен для изучения характеристик экзопланет. Эти наблюдения позволили найти четвертую планету, которая вращается дальше всех остальных. Вопреки ожиданиям, она оказалась каменистой, как и самая ближняя к звезде.
«Это делает систему перевернутой: сначала каменистая планета, потом две газовые, а затем еще одна каменистая. Каменистые миры обычно не формируются так далеко от родительской звезды», — говорит Томас Уилсон.
Возможные объяснения необычного строения
Ученые сразу не стали опровергать существующие теории формирования планет. Сначала они проверили, могли ли внешние факторы привести к такому строению системы.
- У внешней каменистой планеты изначально была плотная атмосфера, которая позже была сорвана столкновением с крупным астероидом, кометой или другим массивным объектом;
- Планеты могли со временем сместиться по орбитам, меняя положение относительно друг друга;
- Миры вокруг ЛХС 1903 формировались не одновременно, а последовательно, одна за другой.
С помощью симуляций и расчетов орбитального поведения планет команда исключила первые два варианта. Это указало на третью вероятность — последовательное формирование, которое астрономы предлагали еще десять лет назад, но до сих пор не находили подтверждений.
Условия рождения внешнего каменистого мира
В стандартных моделях предполагается, что каменистые планеты формируются близко к звезде, потому что мощное излучение светила сдувает газ с поверхности формирующихся ядер. Дальше от звезды излучение слабее, и газ накапливается, превращая мир в газового гиганта. Но в случае ЛХС 1903 внешняя каменистая планета находится на орбите, где по всем правилам должна быть газовая.
Эта часть открытия оказалась особенно неожиданной. Внешняя каменистая планета могла сформироваться в условиях, которые считаются непригодными для этого.
«К моменту ее формирования в системе, вероятно, уже не осталось газа, который считается критически важным для образования планет. Но здесь есть маленький каменистый мир, который противоречит ожиданиям. Кажется, мы нашли первое подтверждение планеты, сформировавшейся в среде с дефицитом газа», — поясняет Томас Уилсон.
Максимилиан Гюнтер, научный сотрудник проекта Хеопс, отмечает, что это открытие показывает, как мало ученые знают о происхождении планет. «Многое в том, как формируются и развиваются планеты, до сих пор остается загадкой. Поиск таких улик для решения этой головоломки — именно то, для чего создавался спутник Хеопс», — говорит он.
Пересмотр теорий формирования планет
Изабель Реболледо, научный сотрудник Европейского космического агентства, указывает, что теории формирования планет долгое время строились на данных о Солнечной системе.
«Исторически наши теории основывались на том, что мы видели и знали о Солнечной системе. По мере того как мы открываем все больше разных экзопланетных систем, мы начинаем пересматривать эти идеи», — говорит она.
Современные телескопы позволяют находить все более необычные планетные системы, которые заставляют исследователей отказываться от старых допущений. Ранее считалось, что все планеты в системе формируются одновременно из единого протопланетного диска: зародыши планет появляются примерно в одно время и за миллионы лет развиваются до полноценных миров. Но в случае ЛХС 1903 процесс шел иначе: звезда производила планеты последовательно, одну за другой, по мере изменения условий в протопланетном диске.
Если системы с последовательным формированием планет встречаются часто, это может изменить критерии поиска обитаемых миров. Раньше астрономы искали каменистые планеты только в зоне обитаемости близ звезды, но теперь придется проверять и дальние орбиты.
Ключевые выводы, которые ученые делают из этого открытия, можно свести к нескольким пунктам:
- Существующие модели формирования планет не учитывают возможность последовательного появления миров;
- Дефицит газа в системе не всегда препятствует образованию каменистых планет;
- Строение Солнечной системы не является эталоном для всей Вселенной.
Пока неясно, является ли система ЛХС 1903 уникальной аномалией или подобные варианты устройства встречаются часто. Астрономы уже начали планировать новые наблюдения с помощью более мощных телескопов, чтобы найти похожие примеры и проверить, насколько распространена последовательная модель формирования планет.
Новые данные о системе у красного карлика ЛХС 1903 показывают, что Вселенная полна сюрпризов даже для опытных астрономов. Каждое такое открытие заставляет уточнять старые теории и искать новые объяснения процессам, которые раньше казались понятными. Возможно, в ближайшие годы ученые найдут еще десятки подобных систем, и тогда наше представление о том, как устроена Вселенная, изменится еще сильнее.