В последние годы астрономы обнаружили, что большинство звезд, похожих на Солнце, имеют по крайней мере одну планету, которая по своим размерам находится между Землей и Нептуном. Эти миры, известные как суперземли и субнептуны, оказались самым распространенным типом планет в Млечном Пути, однако их происхождение оставалось загадкой. Теперь международная исследовательская группа нашла недостающий фрагмент этой головоломки, впервые измерив параметры четырех чрезвычайно молодых планет в процессе их превращения в эти распространенные объекты.
Команда ученых сосредоточила свое внимание на системе V1298 Tau, возраст которой составляет всего около 20 миллионов лет – мгновение по сравнению с 4,5 миллиардами лет нашего Солнца. Вокруг этой энергичной молодой звезды вращаются четыре крупные планеты размером от Нептуна до Юпитера. Исследователям удалось запечатлеть уникальный и скоротечный этап их развития. «Мы наблюдаем своего рода превью того, что в будущем станет совершенно обычной планетной системой», – отмечает ведущий автор исследования Джон Ливингстон из Астробиологического центра в Токио. Эти четыре мира, вероятно, сожмутся до размеров суперземель и субнептунов, предоставив нам первую четкую картину их юности.
На протяжении десяти лет ученые использовали комбинацию космических и наземных телескопов для отслеживания транзитов – моментов, когда планеты проходят на фоне своей звезды. Оказалось, что орбиты планет неидеальны: они гравитационно влияют друг на друга, вызывая небольшие, но измеримые изменения во времени транзитов. Этот метод, известный как анализ вариаций времени транзитов (TTV), позволил напрямую вычислить массу планет. «Наш стандартный доплеровский метод для взвешивания планет здесь не работает, – объясняет соавтор исследования Эрик Петигура из Калифорнийского университета, – молодые звезды слишком активны и нестабильны». Использование TTV позволило обойти эти трудности, по сути, заставив планеты «взвешивать» друг друга.
Результаты измерений оказались поразительными. Хотя размеры планет в 5–10 раз превышают земные, их масса больше всего в 5–15 раз. Такое соотношение делает их чрезвычайно «пушистыми» и легкими, с плотностью, больше напоминающей космическую сахарную вату, чем твердые каменистые миры. «Гипотеза о том, что молодые планеты имеют очень низкую плотность, существовала давно, но до сих пор не была подтверждена наблюдениями, – говорит Тревор Дэвид из Института Флэтайрон. – Впервые взвесив эти планеты, мы предоставили первое наблюдательное доказательство их исключительной «раздутости», что стало долгожданным ориентиром для теорий эволюции планет».
Эта аномально низкая плотность помогает объяснить, как планеты эволюционируют. Анализ показывает, что эти молодые миры уже претерпели значительные изменения, быстро теряя большую часть своих протяженных атмосфер. «Эти планеты все еще находятся в процессе эволюции, – комментирует Джеймс Оуэн из Имперского колледжа Лондона. – В течение следующих нескольких миллиардов лет они будут продолжать терять атмосферу и значительно сжиматься, превращаясь в компактные миры, которые мы видим по всей галактике».
Система V1298 Tau стала для астрономов природной лабораторией, сравнимой по значимости со знаменитой окаменелостью «Люси» – ключевым «недостающим звеном» между древними гоминидами и современным человеком. Наблюдения за этой системой показывают, как формируется самая успешная планетарная архитектура во Вселенной, и помогают понять, почему в нашей Солнечной системе отсутствуют суперземли и субнептуны, доминирующие в других частях галактики.
