Открытие экзопланеты плотнее стали
Нептунианские экзопланеты имеют относительно низкую плотность, довольно тонкую атмосферу и каменистое ядро. Одна из них, TOI-1853b, является исключением, ее плотность превышает плотность стали (примерно в 2 раза больше, чем у Земли). Являясь настоящей загадкой для астрономов, эта планета имеет необычные характеристики, которые, как полагают, объясняются экстремальным столкновением с другой планетой в момент ее формирования, что позволяет предположить существование до сих пор неизвестной планетарной популяции.
TOI-1853b была обнаружена международной группой специалистов в "пустыне Нептуна" (или "горячей пустыне Нептуна"). Это горячая область вблизи звезды, бедная планетами среднего размера. Планеты встречаются редко и часто имеют необычные характеристики. Например, они обычно имеют очень короткий период обращения, самый длинный из которых составляет 5 земных суток. TOI-1853b совершает один оборот вокруг своего оранжевого карлика за 1,24 дня. Из почти 5500 экзопланет, обнаруженных к настоящему времени, только несколько были обнаружены в этом регионе.
Большинство обнаруженных экзопланет имеют массу и состав, находящиеся между каменистыми планетами и ледяными гигантами (Нептун и Уран). TOI-1853b относится к нептунианскому типу, ее радиус в 3,46 раза больше радиуса Земли (радиус Нептуна составляет 3,88 радиуса Земли). Поэтому следует ожидать, что его масса и плотность будут примерно такими же, как у Нептуна (1,64 грамма на кубический сантиметр).
Но это не так: масса TOI-1853b составляет 73,2 массы Земли, а масса Нептуна — всего 17,15, что почти вдвое больше массы любой другой планеты такого же размера. Исходя из этих измерений, плотность 9,7 грамма на кубический сантиметр является столь же исключительной, сколь и обескураживающей. Для сравнения, на Земле этот показатель составляет в среднем 5,15 грамма на кубический сантиметр, а для железа - 7,87 грамма на кубический сантиметр, для стали - 7,83 грамма на кубический сантиметр.
Согласно отчету, опубликованному в журнале , невероятная плотность TOI-1853b указывает на то, что она содержит необычно плотный для нептунианца материал, а также тонкую атмосферу. Это означает, что доля горных пород в ее составе гораздо больше, чем можно было бы ожидать. Наиболее вероятным сценарием, объясняющим эти характеристики, является высокоскоростное столкновение планеты с планетой в момент ее образования.
Высокоскоростное столкновение планеты с другой планетой
Для подтверждения своей гипотезы исследователи смоделировали экстремальное столкновение TOI-1853b с другой планетой. В нашей Солнечной системе имеются убедительные свидетельства подобных высокоэнергетических столкновений, например, столкновения, способствовавшего образованию Луны. Это явление также было обнаружено для ряда экзопланет.
Команда обнаружила, что высокоскоростное столкновение с другой планетой было бы достаточно мощным, чтобы "сдуть" значительную часть атмосферы и слой льда, окружающий TOI-1853b. В результате образуется плотное каменистое тело, похожее на ядра наших газовых гигантов. Фактически, планеты с плотностью каменистых тел, сравнимой с плотностью экзопланеты, в процессе своего формирования постепенно окружаются слоем газа и льда. "Мы обнаружили, что первоначальное планетарное тело, вероятно, должно было быть богато водой, но для образования TOI-1853b оно должно было подвергнуться экстремальному гигантскому удару со скоростью более 75 км/с", — поясняет в пресс-релизе один из авторов исследования Филип Картер (Philip Carter) из Бристольского университета. Это фундаментальный отход от традиционных теорий формирования планет.
Эта планета подтверждает распространенность столкновений планет и предлагает новый исследовательский взгляд на эволюцию планетных систем. Недавно была открыта еще одна экзопланета, имеющая большое сходство с TOI-1853b, что позволяет предположить существование до сих пор неизвестной планетной популяции. Она получила название TOI-332b и имеет длину 3,2 земных радиуса, массу, в 57,2 раза превышающую массу Земли, и орбитальный период 18,72 часа. Как и TOI-1853b, она также вращается вокруг оранжевого карлика и имеет высокую плотность - 9,6 грамма на кубический сантиметр.
Однако "мы никогда раньше не изучали такие экстремальные гигантские удары. Этого мы не ожидали", — поясняет Зои Лейнхардт, также автор исследования и сотрудник Бристольского университета. Необходимы дополнительные исследования, чтобы уточнить точность моделирования и подтвердить существование подобных явлений. Команда также планирует провести углубленное наблюдение за TOI-1853b с целью обнаружения остаточной атмосферы и изучения ее состава.