Из тысяч внесолнечных планет, обнаруженных до сих пор, три газовые планеты-гиганты, впервые обнаруженные с помощью миссии НАСА TESS (спутник для исследования транзитных экзопланет), имеют одни из самых коротких периодов обращения вокруг субгигантов или гигантских звезд. Одна из планет, TOI-2337b, будет поглощена своей звездой менее чем через 1 миллион лет, раньше, чем любая другая известная в настоящее время планета.
«Эти открытия имеют решающее значение для понимания нового рубежа в исследованиях экзопланет: как планетарные системы развиваются с течением времени, — объяснил ведущий автор Сэмюэл Грюнблатт, научный сотрудник Американского музея естественной истории и Института Флэтайрон в Нью-Йорке, получивший докторскую степень в Институте астрономии Гавайского университета. – Эти наблюдения открывают новые возможности для наблюдения за планетами, приближающимися к концу своей жизни, прежде чем их звезды-хозяева поглотят их».
Грюнблатт объявил об открытии и подтверждении этих планет — TOI-2337b, TOI-4329b и TOI-2669b — сегодня на пресс-конференции Американского астрономического общества; исследование было принято к публикации в Astronomical Journal и доступно в формате препринта на arXiv.org.
Предоставлено: Карен Терамура / Институт астрономии Гавайского университета.
Обреченные планеты
По оценкам исследователей, планеты имеют массу от 0,5 до 1,7 массы Юпитера, а размеры варьируются от чуть меньше до более чем 1,6 размера Юпитера. Они также охватывают широкий диапазон плотностей – от как у пенополистирола до плотности, в три раза превышающей плотность воды, что подразумевает большое разнообразие источников происхождения.
Эти три планеты считаются лишь верхушкой айсберга.
«Мы рассчитываем найти от десятков до сотен таких эволюционировавших транзитных планетных систем с помощью TESS, предоставив новые подробности о том, как планеты взаимодействуют друг с другом, раздуваются и мигрируют вокруг звезд, в том числе таких, как наше Солнце», — сказал Ник Сондерс, аспирант в UH IfA и соавтор исследования.
Планеты были впервые обнаружены в данных полнокадровых изображений миссии НАСА TESS, сделанных в 2018 и 2019 годах. Грюнблатт и его сотрудники определили планеты-кандидаты в данных TESS, а затем использовали спектрометр Эшелле высокого разрешения (HIRES) обсерватории В. М. Кека на Маунакеа, Гавайи, чтобы подтвердить существование трех планет.
«Наблюдения Кека за этими планетными системами имеют решающее значение для понимания их происхождения, помогая раскрыть судьбу таких солнечных систем, как наша», — сказал астроном UH IfA Дэниел Хубер, соавтор исследования.
Динамика планет
Текущие модели динамики планет предполагают, что планеты должны приближаться к своим звездам по спирали по мере того, как звезды развиваются с течением времени, особенно в последние 10 процентов жизни звезды. Этот процесс также нагревает планеты, потенциально вызывая раздувание их атмосфер. Однако эта звездная эволюция также приведет к сближению орбит планет вокруг звезды-хозяина, что повысит вероятность того, что некоторые из них столкнутся или даже дестабилизируют всю планетарную систему.
Большое разнообразие плотностей планет, обнаруженное в исследовании, предполагает, что эти планетарные системы были сформированы в результате хаотических межпланетных взаимодействий. Это также могло привести к непредсказуемым темпам нагрева и временным шкалам для этих планет, что дало им широкий диапазон плотностей, который мы наблюдаем сегодня.
Перспективы исследований
Будущие наблюдения за одной из этих систем, TOI-4329, с помощью недавно запущенного космического телескопа Джеймса Уэбба могут выявить наличие воды или углекислого газа в атмосфере планеты. Если эти молекулы будут обнаружены, данные дадут ограничения на то, где образовались эти планеты, и какие взаимодействия должны были произойти, чтобы образовались планетарные орбиты, которые мы видим сегодня.
Непрерывный мониторинг этих систем с помощью телескопа TESS будет ограничивать скорость, с которой эти планеты превращаются в свои звезды. До сих пор ни в одной из систем не наблюдалось явного сигнала орбитального распада, но более длительные базовые наблюдения с помощью расширенных миссий TESS обеспечат гораздо более жесткие ограничения на планету по спирали, чем это возможно в настоящее время, показывая, насколько сильно планетарные системы находятся под влиянием звездной эволюции.
Команда надеется, что эта «планетарная археология» поможет нам понять прошлое, настоящее и будущее планетарных систем, приблизив нас на один шаг к ответу на вопрос: «Одиноки ли мы во Вселенной?»
