Обнаружена планета, которая почти что звезда — она размером с Юпитер, но с плотностью выше свинца

На удалении около 730 световых лет от нас учёные обнаружили экзопланету размерами с Юпитер, но с поражающей воображение плотностью. Замеры и расчёты показали, что инопланетный мир TOI-4603b имеет массу около 13 масс юпитеров, то есть планета состоит из материала, ощутимо более плотного, чем свинец.

Рождение планеты из протопланетного диска по мнению художника. Источник изображения: ESO/L. Calçada

Экзопланета TOI-4603b относится к небольшой, однако важной категории открытий, которое не укладывается в наши знания о Вселенной и её развитии. Именно подобные вещи движут вперёд земную науку. По своим характеристикам TOI-4603b вышла на границы массы и размера между планетой и коричневым карликом, что открывает возможность лучше понять эволюцию этих звёзд.

«Это одна из самых массивных и плотных транзитных планет-гигантов, известных на сегодняшний день, — пишет группа астрономов под руководством Аканши Кханделвал (Akanksha Khandelwal) из Лаборатории физических исследований в Индии, — и ценное дополнение к популяции из менее чем пяти массивных близких планет-гигантов в области перекрытия планет с высокой массой и коричневых карликов с низкой массой, что необходимо для понимания процессов, ответственных за их формирование».

Экзопланета TOI-4603b, как уже ясно, расположена довольно близко к своей звезде и вращается вокруг неё с периодом 7,25 суток. Её плотность в три раза больше плотности Земли и в 9 раз больше плотности Юпитера. Об открытии астрономы подготовили статью для журнала Astronomy & Astrophysics Letters и разместили препринт на сайте arXiv.

Учёным давно понятно, какую предельную массу может иметь планета. Если масса превысит этот показатель, давление и температура в её ядре запустят реакцию ядерного синтеза и планета превратится в звезду. Минимально необходимая для этого масса звезды должна быть около 85 масс Юпитера. С этого момента водород начнёт превращаться в гелий.

Считается, что для планеты верхний предел массы составляет от 10 до 13 юпитеров. От этой границы до запуска ядерного синтеза лежит промежуток образования коричневых карликов — звёзд, в которых ядерный синтез не запускается, но может плавиться тяжёлый изотоп водорода — дейтерий. В принципе, коричневые карлики образуются так же, как звёзды из протозвёздного диска. Но одно из главных замеченных отличий в эволюции коричневых карликов и звёзд в том, что они почти всегда находятся на удалённых орбитах. Существует необъяснимый провал в отсутствии пар из звезд и коричневых карликов на дистанции ближе 5 а.е. (или ближе, чем пять расстояний от Земли до Солнца).

Открытие TOI-4603b в тесной паре со своей звездой и массой близкой к массе, за которой начинается классификация в сторону коричневого карлика — это ценное открытие в малоизученной области, которое может много дать науке об эволюции звёзд и Вселенной.

Экзопланета TOI-4603b была открыта транзитным методом по провалу в блеске звезды — она с заданным периодом проходила по её диску и на это время снижала светимость, что дало данные о радиусе экзопланеты. Наблюдение за «колебаниями» звезды в этой паре — определение её радиальной скорости в процессе движения вокруг общего центра масс — позволили вычислить массу экзопланеты и её плотность.

Расчёты показали, что масса TOI-4603b в 12,89 раз превышает массу Юпитера, а её радиус в 1,042 раза больше радиуса Юпитера. Тем самым средняя плотность экзопланеты составила 14,1 г/см³. Для сравнения, плотность Земли составляет 5,51 г/см³. Плотность Юпитера равна 1,33 г/см³, а плотность свинца — 11,3 г/см³.

Пограничное состояние экзопланеты, её близость и короткий орбитальный период вокруг звезды подталкивают к раскрытию механизмов эволюции и миграции коричневых карликов — в область знаний, где пробелов больше, чем знаний.