Предел Роша, падение или потеря атмосферы: три сценария гибели обреченной экзопланеты
Наука

Предел Роша, падение или потеря атмосферы: три сценария гибели обреченной экзопланеты

16 июля 2025 года, 10:51

Земля — колыбель жизни во Вселенной. На ней есть все, что нужно: жидкая вода, стабильная атмосфера, защищающий от радиации озоновый слой, магнитное поле, мягкий климат. Остальные же миры как внутри Солнечной системы, так и за ее пределами не отличаются таким гостеприимством. Большинство раскалены до предела и никак не защищены от смертоносной радиации, и поэтому крайне интересны для изучения. Особенно те планеты, которые находятся максимально близко к своей звезде — их конец уже близок, но они могут дать ответы на многие вопросы астрономов. На какие именно — разобрался Pro Космос.

Одна из экзопланет, которая живет на грани уничтожения, — TOI-2109b, ультрагорячий юпитер. Он вращается вокруг своей звезды быстрее, чем Меркурий вокруг Солнца, — один оборот экзопланета совершает всего за 16 часов. Такая экстремальная близость к светилу-хозяину не сулит ничего хорошего: по словам астрономов, у TOI-2109b есть всего три сценария будущего, каждый из которых заканчивается ее гибелью.

Экзопланета TOI-2109b находится сравнительно недалеко от Земли — на расстоянии 870 световых лет, имеет массу, в пять раз превышающую массу Юпитера, и вращается вокруг звезды спектрального класса F: светила такого типа составляют 2,9% от общего числа в Галактике. Они желто-белого цвета, а температура их поверхности варьируется от 6000 до 7400 K.

Один оборот вокруг своей звезды TOI-2109b совершает всего за 16 часов, а значит, расположена к ней экстремально близко. Для сравнения, Меркурий по своей массе почти в 6000 раз меньше Юпитера, но ему требуется 88 дней, чтобы совершить оборот вокруг Солнца. Учитывая такую смертельную близость TOI-2109b к светилу, астрономы из Университета Маккуори попытались выяснить, что происходит с орбитой планеты и что ее ждет в будущем.

Для этого они проанализировали данные о времени прохождения планеты по диску звезды, полученные за 14 лет — в период с 2010 по 2024 год. Речь идет о наблюдениях как космических телескопов, таких как TESS и Cheops, так и наземных, в том числе Глобального телескопа обсерватории Лас-Камбрес. Выяснилось, что орбита планеты не просто меняется — она медленно, но заметно разрушается, и в ближайшие три года период ее обращения вокруг звезды сократится как минимум на 10 секунд.

«Поскольку орбитальный период этой планеты короче периода вращения звезды, TOI-2109b — оптимальный кандидат для изучения того, как разрушается орбита», — отмечают авторы исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal.

Фактически TOI-2109b движется к своему светилу по смертельной спирали и совсем скоро закончит свое существование. Но как именно это случится? По мнению ученых, возможны только три варианта развития событий.

Первый: экзопланета пресечет предел Роша — минимальное расстояние, на котором она может находиться от звезды, не разрушаясь под действием приливных сил. За этим критическим пределом ее разорвет на части, и произойдет это в момент, когда гравитационное притяжение звезды превысит гравитацию планеты.

Второй вариант не менее болезненный: TOI-2109b может упасть прямо на звезду, что также приведет к ее уничтожению. Третий же сценарий, который наиболее интересен с научной точки зрения, предполагает, что с планеты может быть стерта ее атмосфера, и останется только каменистое ядро.

Если это случится, то, по словам авторов статьи, это может объяснить существование ряда каменистых экзопланет, которые являются остатками ядер некогда массивных газовых гигантов, и изменить представление об эволюции планет в целом.

«Эта планета и ее необычное положение могут помочь нам разобраться в некоторых загадочных астрономических явлениях, для объяснения которых у нас пока недостаточно данных, — отметил ведущий автор исследования, научный сотрудник Университета Маккуори доктор Хайме Альварадо-Монтес. — Она может поведать нам историю многих других солнечных систем».

Всего ученым известно о 12 звездах, рядом с которыми находятся юпитеры со сверхкоротким периодом обращения. И светило TOI-2109, вокруг которого вращается TOI-2109b, — имеет самую высокую скорость обращения по орбите из всех и является наиболее массивной. Пока же данных недостаточно: нужно продолжить наблюдения за уникальной системой в течение трех-пяти лет, чтобы застать период ее агонии и зафиксировать прогнозируемые изменения орбит.

Пока с этим есть сложности. К примеру, может произойти один из редких процессов, при котором ядро и оболочка звезды будут вращаться с разной скоростью, и вместо того, чтобы быть единым целым, отделятся друг от друга. Это случится, если вещество планеты аккрецирует на звезду.

Неясен и возраст звезды TOI-2109, который может влиять на эффективность звездных приливов. От этого зависит скорость, с которой период обращения планеты будет уменьшаться. Исследователи изучили два случая: один с молодой звездой, другой — со старой. Выяснилось, что старая звезда очень быстро разрушает орбиту, а молодая — наоборот.

«От временных горячих юпитеров, существующих лишь в течение коротких периодов, до горячих юпитеров, в атмосфере которых, как ни парадоксально, содержится вода, — ультрагорячие юпитеры представляют собой, пожалуй, самые экстремальные планетные системы, и поэтому выводы, которые мы делаем, изучая эти системы, вероятно, будут иметь далеко идущие последствия», — резюмировали специалисты.

Ранее астрономы раскрыли тайну происхождения двойных горячих юпитеров — системы из двух звезд с раскаленными газовыми гигантами. Как удалось вычислить ученым, такая пара может появиться в результате гравитационного «танца».