Откриването на много тънка екзопланета „захарен памук“ шокира учените – „Не можем да обясним как се е образувала тази планета“

Астрономите откриха масивна планета с ниска плътност, наречена WASP-193b, която е с 50% по-голяма от нашата планета. Юпитер Но има плътност, подобна на захарен памук. Това откритие оспорва настоящите теории за формирането на планетата, тъй като учените не могат да обяснят как би се образувала такава планета.

Астрономи откриха огромна, пухкава извънземна топка от планета, обикаляща около далечна звезда в нашата галактика млечен път галактика. Откритието беше съобщено на 14 май в списанието Природна астрономия От изследователи от Масачузетски институт по технологииОткритието, направено в университета в Лиеж в Белгия и на други места, е обещаващ ключ към мистерията как се формират тези свръхлеки гигантски планети.

Новата планета, наречена WASP-193b, изглежда е джудже с размерите на Юпитер, но плътността й е малка част от нейната плътност. Учените откриха, че газовият гигант е с 50% по-голям от Юпитер и около една десета по-плътен, което е много ниско, подобно на плътността на захарния памук.

WASP-193b е втората най-лека планета, открита досега, след най-малката, Нептун-Като света, Кеплер 51d. Много по-големият размер на новата планета, съчетан с нейната изключително лека плътност, прави WASP-193b нещо извънредно сред повече от 5400 планети, открити досега.

„Намирането на тези гигантски обекти с толкова малка плътност е наистина много рядко“, казва Халед Ал-Баркауи, водещ автор на изследването и постдокторант в MIT. „Има клас планети, наречени пухкави Юпитери, и те са мистерия от 15 години по отношение на това какво представляват. Това е краен случай от този клас.

„Не знаем къде да поставим тази планета във всички теории за формирането, които имаме сега, защото тя е аномалия във всички тях“, добавя един от водещите автори Франсиско Позуелос, старши изследовател в Института по астрофизика в Андалусия. В Испания. „Не можем да обясним как тази планета се е формирала въз основа на класически еволюционни модели, ако разгледаме внимателно нейната атмосфера, ще ни позволи да получим еволюционен път за тази планета.“

Съавторите на изследването на MIT включват Джулиан де Вит, асистент в катедрата по земни, атмосферни и планетарни науки на MIT, и Артем Бурданов, постдокторант в MIT, заедно със сътрудници от множество институции в цяла Европа.

Впечатленията на художника от системата WASP-193b. Кредит: Университет на Лиеж

„Интересно развитие“

Новата планета първоначално беше забелязана от проекта за широкоъгълно търсене на планети или WASP, международно сътрудничество между академични институции, които заедно управляват две роботизирани обсерватории, една в северното полукълбо и една в южното. Всяка обсерватория използва набор от широкоъгълни камери за измерване на яркостта на хиляди отделни звезди по цялото небе.

В проучвания, проведени между 2006 и 2008 г. и отново от 2011 г. до 2012 г., обсерваторията WASP-South откри периодични транзити или спадове в светлината на WASP-193, ярка близка звезда, подобна на Слънцето, разположена на 1232 години светлина от Земята . Астрономите установиха, че периодичните спадове в яркостта на звездата са в съответствие с планета, която обикаля около звездата и блокира нейната светлина на всеки 6,25 дни. Учените измерват общото количество светлина, блокирано от планетата при всяко преминаване, което им дава оценка за размера на гигантската планета, около размера на супер-Юпитер.

След това астрономите се опитаха да определят масата на планетата, мярка, която след това щеше да разкрие нейната плътност и може би също и улики за нейния състав. За да получат оценка на масата, астрономите обикновено използват радиална скорост, техника, чрез която учените анализират спектъра на звездата или различни дължини на вълната на светлината, докато планетата обикаля около звездата. Спектърът на една звезда може да се промени по специфичен начин в зависимост от това какво привлича звездата, като например планетата, около която обикаля. Колкото по-масивна е една планета и колкото по-близо е до своята звезда, толкова повече се измества нейният спектър – изкривяване, което може да даде на учените представа за масата на планетата.

За WASP-193 b астрономите получиха допълнителни спектри с висока разделителна способност на звездата, заснети от различни наземни телескопи, и се опитаха да използват радиалната скорост, за да изчислят масата на планетата. Но тя продължаваше да излиза празна – по-специално, както се оказа, планетата беше твърде лека, за да бъде открита на своята звезда.

„Големите планети обикновено са много лесни за откриване, тъй като обикновено са масивни и оказват голямо влияние върху своята звезда“, обяснява Де Вит. „Но това, което беше трудно за тази планета, беше, че въпреки че беше огромна, нейната маса и плътност бяха толкова ниски, че беше много трудно да се открие само с помощта на техниката на радиална скорост. Това беше интересно развитие.“

„[WASP-193b] „Толкова е слаб, че отне четири години, за да се съберат данни и да се покаже, че е имало масов сигнал, но всъщност е много малък“, казва Баркауи.

„Първоначално получавахме много ниски плътности и в началото беше много трудно за вярване“, добавя Бузуелос. „Повторихме процеса на анализиране на всички данни няколко пъти, за да сме сигурни, че това е истинската плътност на планетата, защото беше толкова рядко.“

Раздут свят

В крайна сметка екипът потвърди, че планетата наистина е много лека. Те изчислиха, че масата му е около 0,14 от тази на Юпитер. Плътността му, получена от масата му, е около 0,059 грама на кубичен сантиметър. За разлика от това, теглото на Юпитер е около 1,33 грама на кубичен сантиметър; Земята е с 5,51 грама на кубичен сантиметър по-голяма. Може би субстанцията, която е най-близка по плътност до новата подпухнала планета, е захарният памук, чиято плътност е около 0,05 грама на кубичен сантиметър.

„Планетата е толкова лека, че е трудно да се мисли за сравнима твърда материя“, казва Баркауи. „Причината да е близка до захарния памук е, че и двете са направени предимно от леки газове, а не от твърди вещества. Планетата е много тънка.“

Изследователите подозират, че новата планета е съставена предимно от водород и хелий, както повечето други газови гиганти в галактиката. За WASP-193b тези газове вероятно образуват изключително подпухнала атмосфера, простираща се на десетки хиляди километри отвъд атмосферата на Юпитер. Как една планета може да се раздуе до такава степен и все още да поддържа такава екстремна плътност на светлината е въпрос, на който никоя съществуваща теория за планетарното формиране все още не може да отговори.

За да получи по-добра картина на новия тънък свят, екипът планира да използва предварително разработена техника D-Wit, за да извлече първо определени свойства на атмосферата на планетата, като нейната температура, състав и налягане на различни дълбочини. След това тези свойства могат да се използват за точно изчисляване на масата на планетата. Засега екипът вижда WASP-193b като идеален кандидат за последващо проучване от обсерватории като WASP-193b Космически телескоп Джеймс Уеб.

„Колкото по-голяма е атмосферата на една планета, толкова повече светлина може да премине през нея“, казва де Вит. „Така че тази планета очевидно е една от най-добрите мишени, които имаме за изучаване на атмосферните ефекти. Тя ще служи като Розетски камък за опит за разрешаване на мистерията на изпъкналите Юпитери.“

Справка: „Разширена атмосфера с ниска плътност около планетата WASP-193 b с размера на Юпитер“ от Халед Ал-Баркауи, Франсиско Дж. Бозуелос, Койл Хилиър, Бари Смолей, Луиз Д. Нилсен, Праджвал Нираула, Майкъл Гилън, Джулиан де Вит, Саймън Мюлер, Каролайн Дорн, Равит Хелд, Емануел Джехин, Брис Оливие Деморе, Валери ван Гротел, Абдерахмане Сепкю, Мурад Гашави, Дейвид. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F.L. Maxted, Catriona A. Мъри, Питър Белман Педерсен, Дидие Кило, Даниел Себастиан, Оливър Търнър, Стефан Одри, Матилде Тимерманс, Амори Х.М.Г. Триод и Ричард Г. Уест, 14 май 2024 г. Природна астрономия.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Това изследване беше финансирано отчасти от Университетската асоциация и Съвета за научни и технологични съоръжения на Обединеното кралство за WASP; Европейски изследователски съвет; съюз Валония-Брюксел; и фондация Heising-Simons, Колин и Лесли Масън и Питър А. Гилман, които подкрепят Artemis и други телескопи SPECULOOS.