Астрономы впервые получили подробные данные о ранних стадиях развития планет, размер которых превышает Землю, но меньше Нептуна, — типов, которые сегодня считаются одними из самых распространённых в нашей Галактике. Эти наблюдения дают ключ к пониманию процесса формирования и эволюции супер-Земель и суб-Нептунов, объектов, которых нет в нашей Солнечной системе, но которые встречаются вокруг множества звёзд. Новый анализ опубликован в журнале Nature и представляет собой важный шаг в изучении динамики планетных систем на ранних этапах их существования.
Почему супер-Земли и суб-Нептуны — ключ к пониманию планетной эволюции
С момента открытия первых экзопланет стало ясно, что планеты размером между Землёй и Нептуном (так называемые супер-Земли и суб-Нептуны) составляют значительную часть обнаруженных миров. Такие планеты имеют радиус в пределах примерно от 1,5 до 4 радиусов Земли и отличаются по массе, плотности и составу. По оценкам, эти объекты составляют один из наиболее распространённых типов планет в галактике, хотя их формирование и эволюция до сих пор плохо поняты.
В нашей Солнечной системе аналогов таким типам планет нет — ближайший по величине к ним объект, Уран или Нептун, значительно крупнее, — что усложняет изучение механизмов их формирования и роста.
Система V1298 Tau: окно в «детство» планет
Ключевым объектом нового исследования стала звезда V1298 Tau, расположенная на расстоянии около 352 световых лет в созвездии Тельца. Её возраст составляет примерно 20 миллионов лет, что делает её крайне молодой по астрономическим масштабам — мириады лет отделяют её от более зрелых звёзд, подобных нашему Солнцу.
Вокруг V1298 Tau обнаружена четвёрка планет, радиусы которых находятся в диапазоне от приблизительно 5 до 10 радиусов Земли. Эти объекты на ранней стадии формирования обладают относительно большими, «пухлыми» атмосферными оболочками, характерными для молодых планет, богатых лёгкими газами.
Учёные смогли измерить массы этих планет благодаря наблюдениям, охватывающим десятилетний период, проведённым с использованием как наземных, так и космических телескопов. Техника, названная вариациями времени транзита (Transit Timing Variations, TTV), позволила определить массы планет на основе незначительных изменений в периодах их прохождения перед диском звезды. Эти вариации возникают из-за взаимного гравитационного взаимодействия планет между собой.
Массы, размеры и плотности: что обнаружили учёные
Несмотря на то что радиусы всех четырёх планет касаются диапазона примерно от 5 до 10 радиусов Земли, их измеренные массы оказались сравнительно маленькими — от примерно 5 до 15 масс Земли. Это означает, что плотность этих объектов чрезвычайно низкая, что указывает на значительную долю лёгких газов в их структурах. По сути, эти молодые миры представляют собой планеты-«пухляки» с расширенными, обширными атмосферными оболочками.
Такое сочетание большой физической величины и относительной лёгкости указывает на то, что планеты находятся в стадии интенсивной эволюции: они постепенно теряют часть своей первоначальной газовой оболочки, охлаждаются и, вероятно, со временем становятся более компактными мирами — теми самыми супер-Землями и суб-Нептунами, которые мы наблюдаем вокруг зрелых звёзд.
Как происходят изменения в молодых планетах
Выявленные низкие плотности и большие радиусы указывают на то, что газовые оболочки этих планет не являются стабильными на протяжении долгого времени. Под действием излучения центральной звезды и других факторов атмосферные слои могут устойчиво теряться, уменьшая радиус планет и повышая их плотность — процесс, который в конечном итоге может трансформировать «пухлые» молодые миры во взрослые супер-Земли или суб-Нептуны.
Такой эволюционный путь согласуется с моделями, согласно которым мини-Нептуны (планеты с плотными газовыми оболочками) при удалении лёгких элементов могут превращаться в супер-Земли — более плотные, преимущественно каменистые объекты. Этот механизм предлагает объяснение наблюдаемого распределения размеров экзопланет, в котором отсутствуют планеты определённого промежутка радиусов — так называемая «долина радиусов» — и дополняет теоретические модели формирования планет.
Почему это открытие важно
Наблюдения системы V1298 Tau представляют собой редкую возможность заглянуть в «детство» планетных систем и увидеть околозвёздные миры в активной фазе роста и эволюции. Такие ранние стадии развития обычно не доступны для прямого изучения, поскольку большинство известных экзопланет уже вступили в стабильную, зрелую фазу своего существования.
Данные о V1298 Tau помогают ответить на фундаментальные вопросы:
- Как и когда формируются атмосферы у планет размеров между Землёй и Нептуном?
- Какие процессы приводят к потере газовых оболочек и переходу от газоподобных объектов к более плотным каменистым мирам?
- Почему такие планеты столь распространены во Вселенной, но отсутствуют в нашей собственной Солнечной системе?
Контекст в современной астрономии
Открытие новых экзопланет и анализ их свойств — одна из приоритетных задач современной астрономии. Космические миссии, такие как Kepler и TESS, а также наземные программы наблюдений, обнаружили тысячи экзопланет самых разных типов. Эти данные показывают, что мир размером между Землёй и Нептуном является типичной конфигурацией планетных систем во Вселенной, в то время как такие объекты, как в нашей Солнечной системе, встречаются реже.
Понимание процессов формирования, роста и эволюции этих средних миров критически важно для общей картины планетообразования и увеличивает шансы на раскрытие закономерностей, которые также могут влиять на поиск потенциально обитаемых планет в космосе.
Заключение
Исследование системы V1298 Tau с четырьмя молодыми планетами проливает свет на ключевые этапы формирования супер-Земель и суб-Нептунов, демонстрируя, как массивные газовые оболочки со временем теряются, а миры становятся более плотными и компактными. Наблюдения дают ценную информацию о ранних механизмах формирования планет, которые ранее были недоступны, и помогают связать процессы планетообразования с тем разнообразием экзопланет, которое сегодня наблюдается в нашей галактике.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
