Астрономы обнаружили две экзопланеты, чья плотность оказалась ниже, чем у обычной сахарной ваты. Небесные тела TOI-791 b и TOI-791 c относятся к редчайшему классу так называемых супер-пухов. Эти гиганты по размеру сопоставимы с Юпитером, но их физические характеристики ставят ученых в тупик. Исследование, проведенное под эгидой Оксфордского университета, показало, что данные объекты обладают невероятно раздутыми атмосферами. Статья опубликована в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

 

Небесные объекты легче кондитерских изделий

Расстояние до системы составляет около 1110 световых лет. Она находится в созвездии Летучей Рыбы. Родительская звезда относится к спектральному классу F7 и является чуть более массивной, чем наше Солнце. Вокруг нее и вращаются два вновь открытых газовых гиганта.

Плотность TOI-791 b составляет всего 0,038 грамма на кубический сантиметр. Соседняя планета TOI-791 c обладает показателем 0,047. Для сравнения, средняя плотность Юпитера равна 1,33 грамма на кубический сантиметр. Получается, что эти миры в 28–35 раз более разрежены, чем крупнейшая планета Солнечной системы. Если взять типичную сахарную вату, чья плотность составляет около 0,05 грамма на кубический сантиметр, то даже она окажется «тяжелее» одного из обнаруженных объектов.

Земля в этом ряду выглядит настоящим каменным монстром. Ее показатель превышает 5,5 грамма на кубический сантиметр. Подобная легкость планетарных тел заставляет пересмотреть существующие модели формирования газовых гигантов.

 

Гравитационная связь между планетами

Ученые полагают, что оба объекта сформировались из одного и того же протопланетного диска. Они представляют собой настоящих планетарных «братьев». Этому найдено подтверждение в их необычном орбитальном танце.

Система находится в состоянии орбитального резонанса пять к трем. Это означает, что на каждые пять витков внутренней планеты вокруг звезды внешняя успевает совершить ровно три оборота. Из-за такой синхронности их гравитационное влияние друг на друга постоянно меняется. Это создает заметные колебания во времени прохождения планет по диску звезды.

На сегодняшний день известно всего пять планетных систем, содержащих несколько супер-пухов одновременно. TOI-791 стала шестой и одной из самых интересных для изучения. Ведущий автор исследования доктор Джордж Дринсфилд отметил, что столь низкая плотность делает эти миры уникальными целями для понимания процессов эволюции космических структур.

 

Роль волонтеров в поиске далеких миров

Открытие не было бы сделано без помощи энтузиастов. Волонтеры проекта Planet Hunters TESS первыми обратили внимание на аномальные сигналы. Они анализировали данные, полученные космическим аппаратом TESS, который принадлежит агентству НАСА.

В 2019 году добровольцы заметили первый кандидат, а в 2023-м — второй. После этого профессиональные астрономы подключили наземные телескопы для уточнения параметров. Им удалось подтвердить, что зафиксированные провалы в яркости звезды вызваны именно прохождением планет.

Основной метод поиска в данном случае — транзитный. Когда планета проходит перед звездой, она перекрывает часть ее света. Глубина этого «затмения» позволяет вычислить физический размер небесного тела. А вариации в timing’е транзитов, вызванные гравитационным притяжением между планетами, помогают определить их массу.

 

Антарктический телескоп и уникальные наблюдения

Ключевую роль в подтверждении характеристик сыграли наблюдения из Антарктиды. Телескоп ASTEP, установленный на станции Конкордия, вел мониторинг системы в течение восьми лет. Условия на ледяном континенте оказались идеальными для астрономии.

Полярная ночь обеспечила месяцы непрерывной темноты. Это позволило зафиксировать процесс транзита планет на протяжении более одиннадцати часов без перерывов. Никогда раньше наземные обсерватории не могли наблюдать столь длительные события в одном непрерывном сеансе.

Благодаря чистоте антарктического неба и отсутствию атмосферных помех ученые получили точнейшие данные. Такая кооперация между обсерваториями в Антарктиде, космическими аппаратами и наземными телескопами на других континентах стала решающей. Она позволила раскрыть истинную природу этих необычных планет.

 

Загадки происхождения супер-пухов

Главный вопрос, который стоит перед научным сообществом: как эти планеты сохраняют свою легкость? Существует несколько теорий, объясняющих этот феномен.

Одна из ведущих гипотез гласит, что планеты обладают колоссальными водородно-гелиевыми оболочками. Эти атмосферы могли сформироваться в холодных окраинах протопланетного диска, где газ легко накапливался вокруг твердого ядра. Впоследствии планеты мигрировали ближе к звезде, но их атмосферы остались огромными и разогретыми изнутри.

Еще одна версия предполагает наличие в составе атмосфер веществ, которые создают эффект парниковой оболочки. Это приводит к сильному нагреву и расширению газовой оболочки. Исследователи планируют использовать инфракрасный телескоп имени Джеймса Уэбба для детального анализа химического состава этих миров. Они надеются обнаружить в атмосферах углерод, азот и кислород, что даст ключ к пониманию их прошлого.

 

Перспективы изучения разреженных гигантов

Система TOI-791 представляет собой уникальную лабораторию. В ней можно изучать, как взаимодействуют между собой планеты с экстремально низкой плотностью. Сложность таких систем в том, что их гравитационные взаимодействия меняются на протяжении десятилетий.

Профессор Амари Трио из Бирмингемского университета подчеркивает важность дальнейших наблюдений. По его словам, космические аппараты помогут понять, как именно эти планеты удерживают свои огромные атмосферы. Ведь при такой близости к звезде разогретый газ должен был бы давно улетучиться в открытый космос.

Остается загадкой, почему мы видим так мало подобных объектов. Возможно, они быстро разрушаются под воздействием звездного ветра. Либо же наши методы поиска пока не позволяют замечать такие легкие структуры на регулярной основе. Каждое новое открытие подобного рода заставляет уточнять модели того, как устроена наша Вселенная.

Изучение планет в созвездии Летучей Рыбы продолжится. Сейчас астрономы сосредоточены на сборе данных о физике процессов, происходящих в их недрах. Уже в ближайшие годы ожидаются новые результаты, которые, вероятно, изменят наши представления о многообразии планетарных систем.