Астрономы изучили редкую стадию эволюции экзопланет у молодой звезды

С начала 1990-х годов астрономы обнаружили тысячи экзопланет, однако подавляющее большинство из них обращается вокруг зрелых звезд. Ранние стадии эволюции планетных систем остаются слабо изученными, хотя именно в этот период формируются их основные физические характеристики. Исследование, представленное в журнале Nature, раскрывает тайны одной из немногих известных молодых систем – звезды V1298 Tau возрастом около 20 миллионов лет.

Вокруг V1298 Tau обращаются четыре экзопланеты, орбиты которых ориентированы таким образом, что все они наблюдаются в транзите – регулярно проходят по диску звезды и вызывают небольшие падения ее яркости. Эти транзиты повторяются с периодами 8, 12, 24 и 48 земных дней, а сами миры обозначены как V1298 Tau c, d, b и e. Система отличается высокой компактностью: все четыре экзопланеты уместились бы внутри орбиты Меркурия.

Массы, которые не удавалось измерить ранее

По данным транзитных наблюдений астрономы давно знали радиусы данных экзопланет – от 5 до 10 радиусов Земли. Такие размеры характерны для газовых гигантов, однако без знания массы невозможно определить их физическую природу. Стандартный метод измерения масс экзопланет, основанный на спектроскопических наблюдениях колебаний звезды, плохо применим к молодым объектам: высокая магнитная активность создает сильные помехи.

В данном случае астрономы использовали альтернативный подход – метод вариаций времени транзита. В компактных системах планеты заметно воздействуют друг на друга гравитационно, из-за чего моменты их транзитов слегка смещаются. Тщательное моделирование этих отклонений позволило впервые надежно определить массы всех четырех экзопланет, которые составили от 5 до 15 масс Земли.

Раздутые планеты как ранняя стадия эволюции

Расчеты показали, что средняя плотность экзопланет в системе V1298 Tau в несколько раз ниже плотности воды, что указывает на наличие сильно раздутых атмосфер из водорода и гелия. Такие параметры позволяют рассматривать их как экзопланеты с экстремально низкой плотностью, находящиеся на ранней стадии эволюции.

Моделирование дальнейшего развития системы показало, что со временем экзопланеты будут сжиматься и терять часть своей атмосферы. В течение нескольких миллиардов лет они, вероятно, превратятся в более компактные объекты – суперземли или субнептуны, которые часто наблюдаются у зрелых звезд. Таким образом, система V1298 Tau может представлять собой недостающее звено между формированием планет и их «взрослым» состоянием.

Хотя исследование посвящено одной системе, его значение выходит за рамки отдельного объекта. Оно демонстрирует, что большие размеры молодых экзопланет не обязательно означают большую массу, и подтверждает, что многие известные сегодня плотные планеты могли в прошлом быть значительно более раздутыми. Это открывает новые возможности для изучения ранних этапов эволюции планетных систем по мере накопления данных о молодых звездах.