Астрономы впервые детально изучили редкую «подростковую» планетную систему

Астрономы впервые получили возможность детально изучить редкую «подростковую» планетную систему, что позволяет значительно углубить понимание космической эволюции. Планетным системам, таким как наша Солнечная, требуются сотни миллионов лет для своего развития. Поскольку человечество существует лишь ничтожную часть этого времени, ученые до сих пор наблюдали системы либо в момент их рождения, либо, что случается чаще, спустя долгое время после того, как они вступили в стабильную «взрослую» фазу. Этот пробел в знаниях о переходном периоде долгое время оставался неисследованным, однако ситуация начинает меняться.

Впервые с момента открытия в 2020 году ученые смогли охарактеризовать «подростковую» планетную систему TOI-2076. Эта система, застигнутая в процессе активной трансформации, предоставляет уникальную возможность заглянуть в ранее загадочный эволюционный этап. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Astronomy, описывают ключевые маркеры космического подросткового возраста: расхождение некогда тесно упакованных планет и динамическое испарение их атмосфер, вызванное интенсивным излучением звезды.

Система TOI-2076 состоит из четырех планет, вращающихся вокруг молодой звезды типа K-карлик, возраст которой составляет всего 210 миллионов лет, что по космическим меркам считается подростковым периодом. Используя наземные телескопы и данные космической миссии NASA TESS, исследователи обнаружили, что орбиты планет выстроены в почти регулярной последовательности. Это указывает на то, что изначально они были упакованы гораздо плотнее, но со временем начали медленно расходиться. Ученые также выяснили, что все планеты имеют схожее каменистое ядро, но при этом обладают совершенно разными атмосферами: самая внутренняя планета полностью лишилась своей первичной газовой оболочки, в то время как три внешних планеты сохранили ее.

Соавтор исследования, доцент Флорийского технологического института Говард Чен, занимающийся компьютерным моделированием планетарной эволюции, использовал свои модели для проверки наблюдаемых данных. Чен предположил, что постепенная потеря первичной атмосферы вызвана процессом, известным как фотоиспарение. Это явление возникает, когда мощное излучение звезды нагревает атмосферу планеты до такой степени, что газ улетучивается в космос. Планеты, расположенные ближе к светилу и получающие больше радиации, должны терять больше газа, превращаясь в каменистые миры, в отличие от своих более отдаленных соседей.

В ходе моделирования Чен задал начальные параметры планет с одинаковым соотношением горных пород и газа, чтобы увидеть, как фотоиспарение повлияет на их эволюцию к подростковому возрасту. Результаты моделирования полностью совпали с реальными наблюдениями: в симуляции планеты естественным путем развились в состояние, идентичное наблюдаемому в системе TOI-2076. Это позволило с высокой долей уверенности утверждать, что именно фотоиспарение под воздействием звездной радиации превратило одни планеты в голые скалы, оставив другим газовые оболочки. Модели также показали, что потеря массы планетами по мере ухода газа способствовала их постепенному отдалению друг от друга и выстраиванию в орбитальную последовательность.

Для Чена, который в основном работает с теоретическими моделями, совпадение расчетов с реальностью стало важным достижением. Он подчеркивает, что смысл моделирования заключается именно в связи с наблюдениями и возможности объяснить реальные процессы, и в данном случае модель сработала безупречно. Симуляция также позволила уточнить временные рамки перехода к зрелости: основная потеря атмосферы происходит в первые 100 миллионов лет жизни системы, после чего ее формирование стабилизируется и остается неизменным на протяжении миллиардов лет.

Обновленная с учетом новых данных модель Чена поможет астрономам лучше понять историю формирования более старых планетных систем и предсказать, как будут эволюционировать недавно открытые молодые планеты. Возможность застать систему TOI-2076 в середине ее эволюционного пути — редкая удача, приносящая исключительно ценные результаты. Понимание того, когда и как планетная система проходит через трансформационный «подростковый» период, дает критически важную информацию о том, как молодые системы развиваются и приходят к стабильным конфигурациям, наблюдаемым у более старых звезд. Это новое знание помогает составить более полную картину взросления планетных систем, включая и нашу собственную.