Астрономы обнаружили постоянно меняющуюся многопланетную систему

В системе вращаются суперземля, теплый Юпитер и коричневый карлик. Суперземля TOI-201 d — это каменистая планета, которая превосходит Землю почти в полтора раза по размеру и в шесть раз по массе. Она совершает оборот вокруг звезды за 5,85 дня. Планета находится слишком близко к звезде, поэтому вода на ней не может существовать в жидком виде.

Теплый Юпитер TOI-201 b — газовый гигант массой в половину нашего Юпитера, который делает оборот за 53 дня. Теплые Юпитеры — это класс газовых гигантов с массой, близкой к Юпитеру, которые вращаются вокруг своих звезд на более удаленных орбитах, чем горячие юпитеры, с периодом обращения от 10 до 100 дней.

Астрономы пока не знают, как именно такие планеты попадают на свои орбиты, пролегающие между близкими горячими и далекими холодными газовыми гигантами. Орбиты суперземли и теплого Юпитера поместились бы внутри орбиты Меркурия.

Все о Меркурии: особенности самой маленькой планеты в Солнечной системе

Третий объект, коричневый карлик TOI-201 c, в тринадцать раз массивнее Юпитера. Для статуса звезды ему не хватает массы, так как в его ядре не идет термоядерный синтез водорода. Карлик движется по вытянутой орбите и совершает полный оборот почти за восемь лет. В ближней точке он подходит к звезде ближе марсианской орбиты, а в дальней уходит за пределы орбиты Юпитера. Из-за пограничной массы астрономы пока не выяснили, сформировался этот объект как планета или как звезда.

Гравитация коричневого карлика управляет динамикой всей системы. Сейчас это объект с самым долгим периодом вращения, который ученые зафиксировали методом транзита, когда тело проходит на фоне диска звезды. Обычно орбиты в планетных системах меняются миллионы лет, но в TOI-201 это происходит на наших глазах. Объекты вращаются в разных плоскостях, и их гравитация постепенно сдвигает орбиты в новые положения. Астрономы ожидали, что орбиты лежат в одной плоскости, поэтому теперь им предстоит найти причину такого наклона.

Из-за этих сдвигов условия транзита постоянно меняются. Через двести лет суперземля перестанет проходить на фоне звезды для земного наблюдателя. Позже то же самое произойдет с теплым Юпитером и коричневым карликом. Спустя тысячи лет цикл повторится, и объекты снова станут видимыми. Следующий транзит коричневого карлика ожидается 26 марта 2031 года, что даст астрономам шанс собрать новые данные.

Чтобы подтвердить теорию, исследователи применили четыре метода наблюдений. Спектроскопия помогла измерить, как звезда колеблется под действием гравитации планет, и вычислить их массы с помощью приборов в Чили и Австралии. Транзитная фотометрия показала, как звезда тускнеет в момент, когда планеты проходят перед ней. Для этого астрономы взяли данные космического телескопа TESS и сети наземных обсерваторий в Антарктиде, Чили, Австралии и Южной Африке.

Третий метод позволил измерить, насколько смещается время транзитов из-за того, что планеты притягивают друг друга. Наконец, астрометрия на основе данных космических миссий Hipparcos и Gaia помогла заметить, как сама звезда смещается на небе из-за присутствия массивного соседа. Эти методы позволили увидеть трехмерное устройство системы TOI-201 и понять, как взаимодействуют ее объекты.

Иллюстрация Tedi Vick