Группа астрономов из Университета штата Пенсильвания с помощью недавно созданного инструмента для анализа данных, полученных со спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), обнаружила молодые газовые карлики, известные как субнептуны, которые вращаются вокруг своих звезд на близком расстоянии. Исследователи предположили, что на их размер и расположение могли повлиять различные космические процессы.
Согласно новому исследованию, сочетание космических факторов является ключевым в формировании одного из самых распространенных типов планет за пределами нашей солнечной системы.
Команда ученых использовала данные со спутника TESS для изучения молодых субнептунов — планет, которые больше Земли, но меньше Нептуна, и вращаются по орбите вблизи своих звезд. Результаты исследования дают представление о том, как эти планеты могут мигрировать внутрь или терять свою атмосферу на ранних стадиях. Статья с описанием этой работы была опубликована сегодня, 17 марта, в The Astronomical Journal.
По словам команды, полученные результаты дают ценные подсказки о свойствах субнептунов и помогают ответить на давние вопросы об их происхождении. «Большинство из примерно 5500 экзопланет, открытых на сегодняшний день, имеют очень близкую к своим звездам орбиту, ближе, чем Меркурий к нашему Солнцу, и мы называем их "близкими" планетами», — сказала Рэйчел Фернандес, научный сотрудник кафедры астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания и руководитель исследовательской группы.
Многие из этих планет являются газообразными субнептунами — типом, который отсутствует в нашей солнечной системе. В то время как наши газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, сформировались на значительном расстоянии от Солнца, остается неясным, как стольким близким субнептунам удалось выжить вблизи своих звезд, где они подвергаются интенсивной звездной радиации. Чтобы лучше понять, как формируются эти не встречающиеся в известной части Солнечной системе планеты исследователи к данным TESS.
«Сравнение частоты экзопланет определенных размеров вокруг звезд разного возраста может многое рассказать нам о процессах, которые формируют формирование планет», — сказал Фернандес. «Если планеты обычно формируются в определенных размерах и местах, мы должны увидеть схожую частоту этих размеров в разных возрастах. Если мы этого не увидим, это говорит о том, что определенные процессы изменяют эти планеты с течением времени»
Однако наблюдение за планетами, вращающимися вокруг молодых звёзд, всегда представляло собой сложную задачу. Эти звёзды активно излучают, быстро вращаются и создают высокий уровень «шума», что затрудняет обнаружение планет в их окрестностях.
«Молодые звёзды в первые миллиард лет своей жизни часто вспыхивают, испуская огромное количество радиации», — объясняет Фернандес.
«Эти звёздные вспышки создают много помех в данных, поэтому последние шесть лет мы разрабатывали специальный вычислительный инструмент под названием Pterodactyls, чтобы преодолеть этот шум и обнаружить молодые планеты в данных TESS».
Исследовательская группа использовала Pterodactyls для анализа данных TESS и выявления планет с орбитальными периодами 12 дней или меньше. Для сравнения, период обращения Меркурия составляет 88 дней. Цель команды заключалась в изучении размеров планет и их формирования под воздействием излучения звёзд.
Поскольку обзорное окно команды составляло 27 дней, они смогли увидеть две полные орбиты потенциальных планет. Они сосредоточились на планетах с радиусом от 1,8 до 10 размеров Земли, что позволило им сравнить частоту субнептунов в молодых системах с более старыми, которые ранее наблюдались с помощью TESS и вышедшего на пенсию космического телескопа НАСА «Кеплер».
Исследователи обнаружили, что частота близких субнептунов меняется со временем. Вокруг звёзд возрастом от 10 до 100 миллионов лет обнаруживается меньше таких планет, чем у звёзд возрастом от 100 миллионов до 1 миллиарда лет. Однако в более старых и стабильных системах частота близких субнептунов становится значительно ниже.
«Мы считаем, что различные процессы формируют закономерности, которые мы наблюдаем у близких звёзд такого размера», — говорит Фернандес. «Возможно, многие субнептуны изначально сформировались дальше от своих звёзд и со временем медленно мигрировали внутрь. Поэтому мы видим их больше в этом орбитальном периоде в промежуточную эпоху».
«Также возможно, что в более поздние годы планеты чаще сжимаются, когда излучение звезды фактически сдувает их атмосферу. Этот процесс, называемый потерей массы атмосферы, может объяснить более низкую частоту субнептунов. Но, скорее всего, это комбинация космических процессов, формирующих эти закономерности с течением времени, а не одна доминирующая сила».
Исследователи хотят расширить своё окно наблюдений с помощью TESS, чтобы увидеть планеты с более длительными орбитальными периодами. Будущие миссии, такие как PLATO Европейского космического агентства, также могут позволить исследовательской группе наблюдать планеты меньших размеров, подобные Меркурию, Венере, Земле и Марсу. Расширение их анализа на более мелкие и более далёкие планеты может помочь исследователям усовершенствовать свой инструмент и предоставить дополнительную информацию о том, как и где формируются планеты.
Кроме того, космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» может позволить охарактеризовать плотность и состав отдельных планет, что, по словам Фернандеса, может дать дополнительные подсказки о том, где они сформировались.
«Объединение исследований отдельных планет с исследованиями популяций, подобными тем, что мы провели здесь, даст нам гораздо более полную картину формирования планет вокруг молодых звёзд», — говорит Фернандес. «Чем больше солнечных систем и планет мы открываем, тем больше мы понимаем, что наша Солнечная система не является шаблоном; это исключение. Будущие миссии могут позволить нам найти меньшие планеты вокруг молодых звёзд и дать нам более полную картину того, как планетные системы формируются и развиваются со временем, помогая нам лучше понять, как появилась наша Солнечная система, какой мы её знаем сегодня».