Испаряющаяся экзопланета WASP-107b обладает удивительно низкой массой

Масса ядра внесолнечного мира WASP-107b, расположенного на расстоянии 212 световых лет от Земли в направлении созвездия Дева, намного ниже той, что считалась необходимой для создания огромной газовой оболочки у планет-гигантов. Это интригующее открытие ставит под сомнение текущее представление о формировании аналогов Юпитера и Сатурна и указывает на возможность «запуска» массивной аккреции газа на относительно малые зародыши планет. Результаты исследования представлены в журнале Astronomical Journal.

Экзопланета WASP-107b открыта в 2017 году. Она вращается вокруг своей звезды на расстоянии, которое более чем в 16 раз меньше расстояния от Земли до Солнца, а год на ней длится всего 6 земных суток. Этот гигант сопоставим по размеру с Юпитером – самой большой планетой Солнечной системы, – однако по массе уступает ему почти в 10 раз, что делает WASP-107b одним из самых «раздутых» миров из известных.

«Наблюдения, проведенные в обсерватории «Keck», позволили нам уточнить массу экзопланеты WASP-107b и оценить ее наиболее вероятную внутреннюю структуру. Результат нас поразил: при такой низкой плотности этот газовый гигант должен обладать твердым ядром, превышающим по массе Землю не более чем в четыре раза. Это означает, что примерно 85 процентов всей его массы заключено в толстом слое газа. Для сравнения, Нептун, который «весит» почти как WASP-107b, содержит в газовом слое всего 5 – 15 процентов общей массы», – рассказывают авторы исследования.

Газовый гигант в процессе становления

Планеты образуются в диске из пыли и газа, который окружает молодую звезду. Классические модели формирования газовых гигантов основаны на изучении Юпитера и Сатурна, твердые ядра которых, по крайней мере, в 10 раз массивнее Земли.

Считалось, что без массивного ядра гиганты не могут преодолеть критический порог, необходимый для накопления и сохранения своих больших газовых оболочек. Но как же тогда объяснить существование WASP-107b?

«Для экзопланеты WASP-107b наиболее правдоподобным сценарием является то, что она сформировалась далеко от звезды, где газ в диске достаточно холодный, чтобы аккреция могла происходить очень быстро. Затем гигант переместился на свое текущее местоположение либо за счет взаимодействия с диском, либо с другими планетами в системе», – отмечают авторы исследования.

Открытие второй планеты в системе

Продолжительные наблюдения инструментами обсерватории «Keck» за системой WASP-107 также позволили открыть в ней вторую экзопланету – WASP-107c. Она расположена значительно дальше первой, один оборот вокруг звезды совершает примерно за 3 земных года, а по массе на треть уступает Юпитеру.

Интересно, что WASP-107c движется по сильно вытянутой орбите.

«Газовый гигант WASP-107c, в некоторых отношениях, сохранил память о том, что происходило в его системе. Большой эксцентриситет орбиты намекает на довольно бурное прошлое, включающее взаимодействия с соседними планетами, которое и могло переместить WASP-107b вплотную к звезде», – пояснили авторы исследования.

Дальнейшее изучение с новыми данными

Помимо истории формирования экзопланету WASP-107b окружает еще много загадок. Исследование ее атмосферы, проведенное в 2018 году с помощью космического телескопа «Hubble», выявило один сюрприз: в ней очень мало метана.

«Это странно, потому что у планет данного типа метана должно быть много. Сейчас мы проводим повторный анализ наблюдений «Hubble» с учетом уточненной массой, чтобы увидеть, как это повлияет на результаты, и изучить, какие механизмы могут объяснить недостаток метана», – поделились планами авторы исследования.