"Планета-пекло" была обречена на гибель благодаря роковому притяжению

Экзопланета расположена настолько близко к своей звезде, что ее поверхность, скорее всего, представляет собой океан магмы. Этот пример может показать, как возникают такие экстремальные миры.

Экзопланета 55 Cancri e, она же Янссен, в представлении художника. Credit: M. Kornmesser/ESA/Hubble

"Планета-пекло" называется 55 Cancri e (она же Янссен), и новый анализ ее орбиты и орбит других экзопланет, вращающихся вокруг звезды, показывает, что Янссен, вероятнее всего, сформировалась гораздо дальше от звезды, медленно приближаясь к ней со временем, вместе с тем расплавляясь.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

"Мы узнали о том, как эта многопланетная система - одна из систем с наибольшим количеством планет, которые мы нашли, - достигла своего нынешнего состояния", - говорит астрофизик Лили Чжао из Института Флетайрон, Нью-Йорк.

Все планетные системы имеют свои капризы, но система звезды Коперника, расположенная на расстоянии около 41 светового года от нас (практически рядом), имеет свои собственные капризы. Помимо Янссена, вокруг звезды вращаются экзопланеты: Галилея, Браге, Херриота и Липперхея. Все они находятся на большем расстоянии от Коперника, чем их странные брат и сестра.

По ближайшей орбите к своей звезде (оранжевый карлик чуть меньше Солнца), Янссен вращается примерно раз в 18 часов. Имеет радиус в 1,85 раза больше радиуса Земли и примерно в 8 раз больше ее массы. Это означает, что она немного плотнее Земли и могла бы быть вполне обычной каменистой суперземлей на большем расстоянии от своей звезды. Но это не так.

Температура на стороне, обращенной к звезде, в среднем составляет 2 573 Кельвина (2 300 градусов Цельсия), а на ночной стороне, обращенной в противоположную сторону, на 950 Кельвинов ниже. Это очень горячо и абсолютно выше, чем расплавленная магма.

Что представляет собой Янссен изнутри, пока не известно, но исследования показывают, что его внутренняя структура очень не похожа на каменистые миры в нашей Солнечной системе.

Мы очень ограничены в информации, которую можем собрать об экзопланетах, даже таких близких, как система Коперника. Поэтому, чтобы выяснить, как Янссен стал таким, Чжао и ее команда начали измерения орбит пяти экзопланет вокруг звезды.

Уже было известно, что орбита Янссена отличается от четырех других. Это связано с тем, что существует два основных способа обнаружения экзопланет, основанных на их влиянии на звезду-хозяина.

Первый метод - транзитный, когда экзопланета проходит между нами и свое звездой, слегка приглушая ее свет. Регулярные провалы в свете звезды, скорей всего, означают наличие орбитальной экзопланеты.

Второй показатель - радиальная скорость. Это связано с гравитацией. Каждая планета, вращающаяся вокруг звезды, оказывает на звезду гравитационное притяжение. Конечно, гравитация не такая сильная, как у звезды, но она заставляет звезду слегка "качаться". Это проявляется в изменении длины волны света от звезды: немного растягивается по мере удаления от нас (красный сдвиг) и сжимается по мере движения звезды к нам (голубой сдвиг).

Все пять экзопланет Коперника были обнаружены по радиальной скорости, но дальнейшие наблюдения подтвердили, что только Янссен и Галилео видимы как транзитные.

Это означает, что возможно они обе не находятся в одной орбитальной плоскости с Браге, Херриотом и Липперхеем, а транзит Галилея настолько тангенциальный, что астрономы не смогли измерить его радиус и температуру, поэтому он также не разделяет орбитальную плоскость Янссена.

Исследователи получили больше информации об орбите Янссена. Во время вращения звезды, свет со стороны, вращающейся к нам, немного сжимается, а свет со стороны, вращающейся от нас, немного растягивается. Используя новый мощный инструмент, спектрометр EXtreme PREcision Spectrometer (EXPRES) в обсерватории Лоуэлла в Аризоне, команда смогла увидеть движение Янссена по звезде, от синей стороны к красной, проследив его путь с высокой точностью.

Это показало, что экзопланета проходит путь вокруг экватора звезды. Предыдущие исследования показали, что бинарный компаньон Коперника, небольшой красный карлик, предположительно, возмущает систему, втягивая экзопланеты в орбитальную плоскость, сильно наклоненную от оси вращения звезды.

Чжао и ее коллеги считают, что взаимодействие между экзопланетами могло подтолкнуть Янссена к затухающей орбите вокруг звезды, падающей все ближе и ближе. Поскольку Коперник вращается, он немного сплющивается, создавая небольшую выпуклость в районе экватора, где гравитационное поле сильнее. Экзопланета, естественно, была притянута к этой области.

Возможно, что Галилей делает то же самое на короткой 14,7-дневной орбите, хотя для выяснения этого нужен дальнейший анализ. Для справки: Орбита Браге составляет 44,4 дня, Херриота - 260 дней, а Липперхея - 5574 дня.

Эта работа демонстрирует способ изучения истории экзопланет на очень близких орбитах к своим звездам.

Особый интерес представляют экзопланеты, называемые горячими юпитерами: газовые гиганты с орбитами меньше суток. Эти миры представляют собой интересную загадку, поскольку они расположены слишком близко к своим звездам, чтобы на них могла сформироваться толстая атмосфера. Внутренняя миграция - один из способов, с помощью которого эти жгучие экзопланеты могут оказаться так близко к звезде.

Эта работа предполагает, что такая модель может быть точной.

"Спин-орбитальное выравнивание [Янссена] способствует динамически мягким теориям миграции для ультракороткопериодичных планет", - пишут исследователи в работе, - "А именно приливной диссипации из-за низкоэксцентрического взаимодействия планета-планета и/или приливов во время наклона планеты".

Українською мовою