Астрономы впервые наблюдали планетную систему в «подростковом» возрасте

Международная группа исследователей под руководством Му-Тянь Вана из Нанкинского университета (Китай) представила подробный портрет молодой планетарной системы TOI-2076 возрастом около 200 млн лет. Исследование содержит редкие данные наблюдений того, как молодые планеты теряют свою раннюю атмосферу и меняют орбиту. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Система содержит четыре планеты размером в 1,4–3,5 раза больше Земли. Это так называемые субнептуны — объекты больше нашей планеты, но меньше Нептуна — распространенный класс, отсутствующий в Солнечной системе. На ранних этапах формирования такие небесные тела часто оказываются «заперты» в строгих орбитальных ритмах, где планеты притягиваются друг к другу гравитационно, образуя стабильные, повторяющиеся структуры. Ученые подозревали, что со временем что-то нарушает этот процесс, но до сих пор прямых наблюдательных доказательств этой переходной фазы практически не было.

TOI-2076, по-видимому, находится как раз в этой стадии. Используя данные со спутника NASA TESS, а также наземные телескопы, исследователи измерили размеры планет и периоды их обращения. Они обнаружили, что тела расположены в почти правильной последовательности — вероятно, они когда-то они были тесно связаны гравитационно. Однако теперь они не синхронизированы и расходятся в разные стороны.

Исследователи также изучили атмосферы планет и обнаружили четкую закономерность, связанную с их расстоянием от звезды. Хотя четыре планеты имеют сравнимую массу каменистого ядра, их внешние газовые оболочки сильно отличаются: чем ближе к звезде, тем меньше оболочки. Самая внутренняя планета полностью лишилась водородно-гелиевой атмосферы и представляет собой голое каменное ядро, а другие три удерживают около 1–5% массы в виде газа соответственно.

Такая картина идеально соответствует процессу фотоиспарения: жесткое ультрафиолетовое излучение молодой звезды разогревает верхние слои атмосферы, и газ улетучивается в космос. В течение первых 100 млн лет этот процесс может либо полностью удалить атмосферу, либо сократить ее до тонкого остаточного слоя. Компьютерное моделирование подтвердило гипотезу, а также показало, что потеря массы меняет гравитационное взаимодействие планет, подталкивая их тому самому расхождению в стороны.

Система TOI-2076 предоставляет уникальную возможность заглянуть в «подростковый» этап эволюции, который длится относительно недолго и потому редко попадает в поле зрения астрономов. Теперь ученые планируют применить свои модели к другим молодым системам и продолжить поиск признаков активной потери атмосфер.

Ранее астрономы МГУ исследовали молодую звезду IRAS 21204+4913. Они измерили ее яркость, поляризацию и спектр, чтобы лучше понять, почему светило вспыхивает.