Астрономы обнаружили две одни из самых «пушистых» планет-гигантов из всех известных. Их плотность настолько мала, что они оказались легче сахарной ваты.
Редкую пару планет типа «супер-пух» нашла международная команда под руководством Оксфордского университета при участии Университета Лазурного Берега, Обсерватории Лазурного Берега и Бирмингемского университета. Исследование опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Новые подтвержденные планеты получили названия TOI-791 b и TOI-791 c. Они вращаются вокруг карликовой звезды типа F7 примерно в 1 110 световых годах от Земли, в южном созвездии Летучая Рыба.
По размеру обе планеты примерно сопоставимы с Юпитером, но для таких огромных миров они необычайно легкие.
Плотность TOI-791 b составляет всего 0,038 грамма на кубический сантиметр, а TOI-791 c — 0,047 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения, средняя плотность Юпитера равна 1,33 грамма на кубический сантиметр. То есть Юпитер примерно в 28–35 раз плотнее этих новых миров.
Сравнение с сахарной ватой делает открытие еще более странным: ее типичная плотность составляет около 0,05 грамма на кубический сантиметр. Земля намного плотнее — в среднем 5,5 грамма на кубический сантиметр.
Ученые считают, что обе планеты сформировались вместе из одного и того же диска газа и пыли вокруг молодой звезды. Поэтому их можно назвать планетами-«сестрами».
Кроме того, они связаны необычным орбитальным ритмом — резонансом 5:3. Это значит, что за каждые пять оборотов внутренней планеты внешняя почти точно успевает сделать три оборота. Когда они движутся вокруг звезды, их гравитация постоянно влияет друг на друга и слегка меняет время прохождения планет перед звездой.
Такие системы крайне редки. Сейчас известно только четыре другие планетные системы, где есть несколько планет типа «супер-пух». Поэтому TOI-791 стала особенно ценной находкой для изучения того, как появляются и развиваются такие необычные миры.
Ведущий автор исследования доктор Джордж Дрансфилд из Оксфордского университета отметила, что таких планет известно очень мало, а найти сразу две в одной системе — еще более редкий случай. Их чрезвычайно низкая плотность делает их важными объектами для понимания формирования и эволюции планетных систем.
Интересно, что первые признаки этих планет заметили не только профессиональные астрономы. Добровольцы проекта Planet Hunters TESS помогли выделить TOI-791 b в 2019 году, а TOI-791 c — в 2023 году как возможные планеты. Этот гражданский научный проект изучает данные спутника NASA TESS, который ищет новые миры по небольшим падениям яркости звезд.
Затем исследователи объединили наблюдения телескопов со всего мира, чтобы определить размеры и массы планет. Это позволило рассчитать их необычайно низкую плотность.
Когда планета проходит перед своей звездой, она закрывает часть звездного света. Такое событие называют транзитом. По падению яркости можно определить размер планеты. В системе TOI-791 астрономы также заметили крошечные изменения во времени этих транзитов из-за гравитационного взаимодействия двух планет. Анализ этих изменений помог оценить массу каждой из них.
Важную роль в открытии сыграла Антарктида. Исследование опиралось на восемь лет наблюдений, включая данные телескопа ASTEP на станции Конкордия. Его используют ученые из Университета Лазурного Берега, Обсерватории Лазурного Берега и их международные партнеры.
Долгие антарктические зимние ночи дали астрономам большое преимущество. Месяцы непрерывной темноты позволили наблюдать необычно долгие транзиты этих планет без перерыва. Каждый из них длился более 11 часов. По словам исследователей, это самые длинные непрерывные транзиты планет, которые когда-либо полностью наблюдали с поверхности Земли.
Ученые пока не до конца понимают, как формируются планеты типа «супер-пух». Одна из главных версий состоит в том, что у таких миров есть огромные атмосферы, богатые водородом и гелием. Эти газовые оболочки могут составлять значительную часть общей массы планет.
Исследователи предполагают, что такие толстые атмосферы могли сформироваться, когда планеты находились гораздо дальше от своей звезды, в более холодных областях протопланетного диска. Там газ мог быстро накапливаться вокруг твердого планетного ядра.
В будущем ученые планируют новые наблюдения, чтобы лучше понять происхождение этих необычных миров и проверить разные версии их формирования.
Профессор Амаури Трио из Бирмингемского университета назвал эту систему уникальной лабораторией для изучения того, как планеты-«суперпухляши» появляются и меняются со временем. По его словам, команда предлагает провести наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, чтобы выяснить, содержит ли раздутая атмосфера вещества с углеродом, азотом и кислородом.
Профессор Тристан Гийо из Университета Лазурного Берега добавил, что такие многопланетные системы очень сложны: гравитационные взаимодействия между планетами меняются на протяжении десятков лет и дольше. По его словам, открытие показывает, насколько важна международная работа в астрономии. Только объединение данных из Антарктиды, космических телескопов и обсерваторий на разных континентах позволило раскрыть настоящую природу этих необычных планет.
