Недавно обнаруженные планеты-близнецы открывают тайну раздутых экзопланет

С тех пор как астрономы впервые измерили размер внесолнечной планеты семнадцать лет назад, они изо всех сил пытались ответить на вопрос: как самые крупные из них стали такими большими. Благодаря недавнему открытию удивительно похожих планет ученые на шаг приблизились к ответу. Исследование, возглавляемое Самюэлем Грюнблаттом, аспирантом Гавайского университета, опубликовано 27 ноября 2017 года в издании The Astronomical Journal.

Газовые гиганты в основном состоят из водорода и гелия, и они по крайней мере в 4 раза превышают Землю по диаметру. Если такая планета вращается крайне близко от родительской звезды, она классифицируется как «горячий юпитер». Эти планеты по массе подобны Юпитеру и Сатурну, но обычно гораздо больше гигантов Солнечной системы, а некоторые из них раздуты до размеров самых маленьких звезд.

Необычайно большие размеры этих планет предположительно связаны с циркуляцией тепла в их атмосферах, и для объяснения этого процесса разработаны несколько теорий. «Поскольку у нас нет миллионов лет, чтобы увидеть, как развивается определенная планетарная система, теории о планетах трудно доказать или опровергнуть», – говорит Самюэль Грюнблатт.

Чтобы решить эту проблему, ученый в охоте за горячими юпитерами просмотрел данные о системах красных гигантов, собранные миссией K2 телескопа «Kepler». Если на размер горячих юпитеров преимущественное влияние оказывает прямой поток энергии от звезды-хозяина, то, следуя теории Эрика Лопеса из Центра космических полетов NASA им. Годдарда, такие экзопланеты будут значительно крупнее на орбитах красных гигантов.

В результате анализа были обнаружены две планеты, каждая из которых вращается с периодом около 9 земных дней. Используя звездные колебания для точного расчета радиусов, команда обнаружила, что обе планеты на 30% больше Юпитера. Наблюдения с использованием обсерватории «Keck» также показали, что, несмотря на большие размеры, экзопланеты вдвое легче самой большой планеты Солнечной системы.

Используя модели для отслеживания эволюции планет, команда вычислила эффективность поглощения тепла от звезды и перемещение его в глубокие слои, в результате чего смоделированная планета расширялась по размеру и уменьшалась в плотности. Результаты показывают, что для увеличения размера эти планеты нуждаются в повышенном излучении красного гиганта, но при этом само количество поглощаемого излучения оказалось ниже ожидаемого.

Очень рискованно пытаться получить убедительные выводы на двух примерах. Но эти результаты все же исключают некоторые объяснения разбухания планет и согласуются со сценарием, когда планеты увеличиваются из-за звездного нагрева. Таким образом, научное обоснование предполагает, что только звездное излучение может непосредственно изменять размер и плотность планеты.

Солнце в конечном итоге станет красным гигантом, поэтому важно количественно оценить влияние его эволюции на Солнечную систему. С лучшим представлением о том, как планеты реагируют на изменения звезды, ученые смогут определить, как эволюция Солнца повлияет на атмосферу, океаны и жизнь на Земле.

Арина Васильева
Редактор-переводчик