33.6K
Наблюдая за красным карликом в 30 световых годах от Земли, астрономы обнаружили на его орбите массивную планету, существование которой невозможно объяснить в рамках общепринятых моделей. Однако ситуация еще более усложнилась, когда в данных появились намеки на присутствие в системе второго газового гиганта и следы третьего в прошлом. Таким образом, это экзотическое семейство еще дальше ушло за границы современных теорий звездного и планетарного образования.
«Единственное объяснение существование газового гиганта, масса которого необычайно велика по сравнению с родительской звездой, заключается в его рождении в гравитационно неустойчивом диске из газа и пыли, окружающем тогда еще молодое светило, что, однако, противоречит модели формирования планет, которая требует твердого ядра для сбора окружающего газа», – рассказывают авторы исследования, представленного в журнале Science.
Согласно современным представлениям, планеты являются побочным продуктом процесса звездообразования. Они рождаются в том же диске, в котором развивалась их родительская звезда, и изначально собираются из твердых частиц, а затем накапливают атмосферу из окружающего газа. Но вновь обнаруженная планета, похожая на Юпитер, противоречит этой модели: кажется, она родилась, минуя фазу конденсации твердого ядра.
Странный гигант
Газовый гигант, получивший обозначение GJ 3512 b, вместе со своей материнской звездой GJ 3512 находится всего в 30 световых годах от нас и имеет массу вдвое меньшую, чем Юпитер. Год на нем длится 204 земных суток.
Если рассматривать планету отдельно от ее звезды, то она не кажется какой-то необычной, однако тот факт, что она вращается вокруг красного карлика, который примерно в 8 раз «легче» Солнца, делает ее особенной, так как максимальное теоретически возможное соотношение масс между светилом и планетой составляет 270. Для сравнения, Солнце примерно в 1050 раз массивнее Юпитера.
Эта особенность пока не нашла объяснения у физиков-теоретиков. Газопылевые диски, в которых формируются звезды с малой массой, такие как GJ 3512, должны содержать довольно мало материала. Его не хватает даже для создания планетарного зародыша, из которого впоследствии мог бы развиться подобный GJ 3512 b газовый гигант.
«Одним из решений этой проблемы будет очень массивный диск, в котором есть необходимые строительные блоки в достаточном количестве. Однако, если он «весит» более чем одна десятая от массы звезды, влияния светила уже недостаточно для поддержания стабильности диска, и гравитация самого материала в нем становится заметной и значительной. В результате возникает гравитационный коллапс, как это происходит во время звездообразования. Однако такие гипотетические массивные диски еще ни разу не наблюдались вокруг молодых карликовых звезд», – рассказывает Хьюберт Клар, соавтор исследования из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия).
Необъяснимая масса
Объяснить наличие лишь одной массивной планеты в такой системе уже непросто, но что делать, если их там две? А если вместе с этим сильно эллиптическая орбита GJ 3512 b предполагает существование третьего гиганта подобной массы, который, вероятно, в прошлом был выброшен за пределы семейства.
«Это означает, что в дополнение к массе диска, необходимой для формирования GJ 3512 b, присутствовало значительно больше вещества для создания еще одной или даже двух таких же планет», – отмечают авторы исследования.
Проведенное астрономами моделирование показало, что аккреция ядра не может объяснить существование GJ 3512 b и ее соседей, поэтому они прибегли к симуляции условий, при которых до сих пор довольно пренебрегаемый сценарий гравитационного коллапса в диске действительно мог привести к образованию этих внесолнечных миров.
Используя разные подходы, они пришли к одному и тому же выводу, что GJ 3512 b и ее предполагаемые соседи могли быть образованы в ходе такого процесса на расстоянии более 10 астрономических единиц от звезды, где тепловое давление не может компенсировать гравитацию. Затем молодая GJ 3512 b мигрировала с окраин на текущую орбиту (от 0,2 до 0,5 астрономической единицы).
«C открытием GJ 3512 b у нас появился экстраординарный кандидат, который, вероятно, возник в результате нестабильности в диске у крайне маломассивного светила, и эта находка побуждает нас пересмотреть привычные модели», – заключает Хьюберт Клар.