„Необичайно масивна“ – Астрономите откриха планета, която не би трябвало да съществува

Изследователи от Penn State откриха необичайно масивна планета, LHS 3154b, която обикаля около ултрахладна звезда джудже. Това откритие, което противоречи на настоящите теории, подтиква към преоценка на процесите на формиране на звезди и планети.

Откриването на толкова масивна планета спрямо нейното слънце поставя под въпрос това, което се е разбирало преди за формирането на планетите и техните слънчеви системи, според изследователи от Penn State.

В изследване, публикувано на 30 ноември в сп наукиИзследователите обявиха откриването на планета с повече от 13 пъти по-голяма маса от Земята, обикаляща около „ултра-хладната“ звезда LHS 3154, която сама по себе си е девет пъти по-масивна от Слънцето. Съотношението на масата на новооткритата планета към нейната звезда-домакин е повече от 100 пъти по-високо от това на Земята и Слънцето.

Това видео е художествено представяне на новооткритата система, LHS 3154, която съдържа планета, много по-голяма спрямо нейното слънце, отколкото предвиждат настоящите модели. Кредит: Абигейл Хоуп Минич

Оспорване на съвременните теории

Откритието разкрива най-масивната известна планета в близка орбита около ултрахладна звезда джудже, най-ниската маса и най-студената звезда във Вселената. Това откритие противоречи на предсказанията на настоящите теории за формирането на планети около малки звезди и представлява първият път, когато планета с толкова голяма маса е наблюдавана в орбита около звезда с ниска маса.

„Това откритие наистина показва колко малко знаем за Вселената“, каза Суврат Махадеван, професор по астрономия и астрофизика в Penn State и съавтор на статията. „Не очаквахме толкова масивна планета около звезда с ниска маса.“

Художествено представяне на колективно сравнение между LHS 3154, нашата Земя и нашето Слънце. Кредит: Държавен университет в Пенсилвания

Образуване на звезди и планети

Той обясни, че звездите се образуват от големи облаци газ и прах. След формирането на звезда газът и прахът остават като дискове от материал, обикалящи около новородената звезда, която в крайна сметка може да еволюира в планети.

„Дискът, образуващ планетата около звездата с ниска маса LHS 3154, не се очаква да има достатъчно солидна маса, за да образува тази планета“, каза Махадеван. „Но той съществува, така че сега трябва да преразгледаме нашето разбиране за това как се формират планетите и звездите.“

Изследователите от Penn State Суврат Махадеван и Меган Деламер обясняват откриването на масивна планета, обикаляща около малка звезда. Кредит: Държавен университет на Пенсилвания

Откриване чрез HPF

Изследователите наблюдават масивната планета, наречена LHS 3154b, с помощта на астрономически спектрограф, построен в Пенсилвания от екип учени, ръководен от Махадеван. Инструментът, наречен Habitable Zone Planet Finder, или HPF, е предназначен да открива планети, обикалящи около най-студените звезди извън нашата слънчева система с потенциал за течна вода – ключова съставка за живота – на техните повърхности.

Откриване на планети около ултрахладни звезди

Въпреки че е много трудно да се открият такива планети около звезди като нашето Слънце, ниската температура на ултрахладните звезди означава, че планетите, способни да имат течна вода на повърхността си, са много по-близо до своята звезда, отколкото Земята и Слънцето. Това по-късо разстояние между тези планети и техните звезди, комбинирано с по-ниската маса на ултрахладните звезди, води до откриваем сигнал, който съобщава за присъствието на планетата, обясни Махадеван.

„Мислете за това като за звезда като за лагерен огън. Колкото по-хладен става огънят, толкова по-близо сте до него, за да останете топли“, каза Махадеван. „Същото важи и за планетите. Ако звездата е по-хладна, планетата ще трябва да е по-близо до тази звезда, за да бъде достатъчно топла, за да съдържа течна вода. Ако една планета има орбита, достатъчно близка до нейната ултрахладна звезда, можем да я открием, като видим много лека промяна в цвета или светлината на спектрите на звездата, докато тя се увлича от орбитираща планета.

Изобразяване на художника на възможния изглед от LHS 3154b към неговата звезда-домакин с ниска маса. Като се има предвид голямата му маса, LHS 3154b вероятно има състав, подобен на Нептун. Кредит: Penn State

Значение на HPF

Разположен в телескопа Hobby-Eberly в обсерваторията Макдоналд в Тексас, HPF осигурява едни от измерванията с най-висока разделителна способност досега на инфрачервени сигнали от близки звезди.

„Да направим откритието с HPF беше много специално, тъй като това е нов инструмент, който проектирахме, разработихме и изградихме от нулата с цел разглеждане на неизвестни планетарни популации около звезди с по-ниска маса“, каза Гумундур Стефансон. НАСА Сейгън сътрудник по астрофизика Принстънския университет и водещият автор на статията, който помогна за разработването на HPF и работи върху проучването като студент в Penn State. „Сега берем наградите, научаваме нови и неочаквани аспекти на тази вълнуваща група планети, обикалящи около някои близки звезди.“

Инструментът вече даде важна информация в Откриване и потвърждение Стефансон обясни, че има нови планети, но откриването на планетата LHS 3154b надмина всички очаквания.

Преразглеждане на теориите за формирането на планетата

„Въз основа на съществуваща проучвателна работа с HPF и други инструменти, обект като този, който открихме, вероятно е изключително рядък, така че откриването му беше наистина вълнуващо“, каза Меган Деламер, студент по астрономия в Penn State и съавтор на изследването проект. хартия. „Нашите настоящи теории за формирането на планетите трудно обясняват това, което виждаме.“

Деламер обясни, че в случай на откритата масивна планета, обикаляща около звездата LHS 3154, ядрото на тежката планета, изведено от измерванията на екипа, ще изисква по-голямо количество твърд материал в диска на планетата, отколкото предвиждат настоящите модели. Откритието също повдига въпроси относно предишното разбиране на звездообразуването, тъй като съотношението на масата и праха към газа в околозвездния диск като LHS 3154 – когато е бил млад и новообразуващ се – трябва да е било десет пъти по-високо. От наблюдаваното, за да се образува масивна планета като тази, открита от екипа.

„Това, което открихме, предоставя изключителен тест за всички съществуващи теории за формирането на планетата“, каза Махадеван. „Точно това е, за което създадохме HPF, за да открием как най-често срещаните звезди в нашата галактика образуват планети – и да намерим тези планети.“

Справка: „А Нептун-Маса Екзопланета „В близка орбита около звезда с ниска маса се противопоставя на моделите на формиране“ от Гумундур Стефансон, Суврат Махадеван, Ямила Мигел, Пол Робъртсън, Меган Деламер, Шубхам Канодиа, Калеб И. Каниас, Джошуа Н. Уин, Джо Б. Нинан, Райън К. Териен, Рей Холкомб, Ерик Б. Форд, Бриана Завадзки, Брендън Б. Боулър, Чад Ф. Бендер, Уилям Д. Кохран, Скот Дидамс, Майкъл Ендъл, Конър Фредерик, Самуел Халверсън, Фред Харти, Гари Дж. Хил, Андреа С. Дж. Лейн, Андрю Дж. Меткалф, Андрю Мънсън, Лорънс Рамзи, Арпита Рой, Кристиан Шваб, Джейсън Т. Райт и Грегъри Земан, 30 ноември 2023 г., науки.
doi: 10.1126/science.abo0233

Други автори от Penn State в статията са Ерик Форд, Бриана Завадзки, Фред Харти, Андреа Лин, Лорънс Рамзи и Джейсън Райт. Други автори на тази статия са Джошуа Уен от Принстънския университет, Ямила Мигел от Лайденския университет, Пол Робъртсън от Калифорнийския университет в Ървайн, Рей Холкомб от Калифорнийския университет и Шубам Канодиа от Калифорнийския университет. Институт за наука КарнегиКейлъб Каниас от Центъра за космически полети Годард на НАСА, Джо Нинан от индийския Институт за фундаментални изследвания Тата, Райън Териен от колежа Карлтън, Брендън Боулър, Уилям Кокран, Майкъл Ендъл и Гари Хил от Тексаския университет в Остин и Чад Бендър от университета на Тексас в Остин. Университет на Аризона, Скот Дидамс, Конър Фредерик и Андрю Меткалф от Университета на Колорадо, Самуел Халворсън от Лабораторията за реактивни двигатели на Калифорнийския технологичен институт, Андрю Мънсън от Университета на Аризона, Арпита Рой от Университета Джон Хопкинс, Кристиан Шваб от Macquarie University в Австралия и Грегъри Зееман от Hobby Telescope.Eberly в Тексаския университет в Остин.

Тази работа е финансирана от Центъра за екзопланети и обитаеми светове в Penn State, Консорциума за космически грантове на Пенсилвания, Националната аеронавтика и космическа администрация, Националната научна фондация и фондацията Hysing-Simons.