Новые астрономические наблюдения проливают свет на происхождение самых распространённых типов планет во Вселенной — тех, которые занимают размеры между Землёй и Нептуном. Эти миры, названные супер-Землями и суб-Нептунами, встречаются у подавляющего большинства звёзд в нашей галактике, но их путь эволюции долгое время оставался загадкой для учёных. Новое исследование позволило впервые наблюдать за ранними стадиями формирования таких планет и понять, почему они выглядят иначе, чем мы ожидали.
Самые распространённые, но необычные: супер-Земли и суб-Нептуны
Анализ данных об экзопланетах показал, что планеты размером между Землёй и Нептуном являются наиболее распространёнными в галактике Млечный Путь. Такие миры по размерам превышают Землю в несколько раз, но всё же остаются существенно меньше газовых гигантов, подобных Нептуну или Юпитеру. Примечательно, что в Солнечной системе отсутствуют эти промежуточные типы планет, что делает её архитектуру относительно необычной по сравнению с большинством наблюдаемых звёздных систем.
По данным аэрокосмических миссий, таких как Kepler и TESS, а также многочисленных наземных обзоров, супер-Земли и суб-Нептуны встречаются у практически каждой солнечной системы, которую мы изучали, особенно у звёзд, напоминающих наше Солнце по массе и возрасту.
Ранние этапы эволюции: наблюдение системы V1298 Tau
Ключ к разгадке происхождения этих планет нашли астрономы, изучая молодую звезду V1298 Tau, возраст которой составляет всего около 20 миллионов лет — крошечная доля возраста нашего Солнца (4,5 миллиарда лет). Вокруг этой молодой звезды обнаружено четыре планеты, размеры которых находятся в диапазоне между Нептуном и Юпитером.
Учёные наблюдали за системой более десяти лет, регистрируя переходы планет через диск своей звезды (так называемые транзиты). Такие наблюдения позволили зафиксировать малейшие изменения в периодах их движения, вызванные взаимным гравитационным влиянием тел. Анализ этих так называемых вариаций времени транзитов дал возможность впервые измерить массу молодых экзопланет, находящихся в активной фазе формирования.
Результаты: «надутые» миры и их дальнейшая судьба
Одним из самых удивительных выводов стало то, что эти молодые планеты имеют исключительно низкую плотность. Хотя их радиусы составляют примерно 5–10 раз больше радиуса Земли, массы этих миров оказались всего 5–15 земных масс. Такая комбинация размера и массы указывает на чрезвычайно разрежённую структуру — словно планеты «надуты» сильным газовым облаком вокруг плотного ядра.
Это состояние объясняется тем, что в ранние этапы своего развития планеты сохраняют объёмные, лёгкие атмосферы, нагретые и расширенные под воздействием яркого излучения молодой звезды и оставшегося газа из протопланетного диска. Когда этот газовый диск рассеивается, атмосфера теряет часть массы и постепенно сжимается, уменьшая объём. Таким образом, молодые планеты с «надутыми» разрежёнными оболочками со временем превращаются в компактные супер-Земли и суб-Нептуны, которые доминируют в населении галактики сегодня.
Этот процесс напоминает своего рода эволюцию формы и состава — сначала объёмные, пышные миры, затем — плотные и компактные планеты, более привычные с точки зрения наблюдений зрелых систем.
Почему это открытие важно для теории планетообразования
До сих пор многие модели формирования планет предполагали, что самые распространённые миры должны формироваться относительно компактными, без значительной фазы сильного расширения. Однако данные о V1298 Tau показали, что такие планеты переживают длительный период динамических изменений после своего образования, прежде чем приобрести характеристики, наблюдаемые в зрелых системах.
Это открытие помогает заполнять пробел в теории формирования планет: ранее учёные не могли объяснить, почему большинство обнаруженных экзопланет находятся между размерами Земли и Нептуна, если такие миры не представлены в нашей собственной Солнечной системе. Теперь ясно, что эволюция атмосферы и изменение размеров на ранних этапах может служить ключом к этому феномену.
Связь с нашей Солнечной системой
Отсутствие супер-Земель и суб-Нептунов в Солнечной системе остаётся предметом отдельной научной дискуссии. Одна из гипотез заключается в том, что архитектура планетной системы, включая миграции гигантских планет, могла препятствовать образованию или сохранению этих промежуточных миров у нас. Хотя изучение систем, подобных V1298 Tau, не даёт прямого ответа на этот вопрос, оно показывает, что пути развития планетных систем могут быть разнообразными и что наша система — не обязательный стандарт.
Перспективы дальнейших исследований
Полученные результаты открывают новые направления для изучения физических процессов на ранних этапах формирования планет:
- детальные наблюдения за атмосферой молодых планет, чтобы понять, как быстро теряется газ и как это влияет на внутреннюю структуру;
- продолжение мониторинга систем, подобных V1298 Tau, для выявления закономерностей эволюции разных типов планет;
- расширение выборки ранних планетных систем, чтобы обеспечить статистически значимые выводы о распространённости и вариантах развития подобных миров.
Заключение
Новое исследование наблюдательных данных о системе V1298 Tau позволяет астрономам впервые наблюдать за ранними этапами формирования тех самых планет, которые являются наиболее распространёнными во Вселенной. Молодые миры с разрежёнными «надутыми» оболочками постепенно теряют атмосферу и сжимаются, превращаясь в компактные супер-Земли и суб-Нептуны. Это открытие не только дополняет теорию формирования планет, но и подчёркивает разнообразие эволюционных путей, которые проходят планеты в различных системах.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
