Ученые долго предполагали, что другие солнечные системы должны быть похожи на нашу, но когда экзопланеты стали открывать одну за другой, оказалось, что Млечный Путь переполнен очень странными с нашей точки зрения мирами.

В 730 световых годах от нас, близ звезды солнечного типа, обнаружена экзопланета, похожая на оголенное ядро газового гиганта – Юпитера или Сатурна, лишенных внешних оболочек.

Астрономы обнаружили сигнал в данных космического телескопа TESS, следящего за светом огромного множества звезд и регистрирующего каждое временное мерцание, которое может быть связано с прохождением (транзитом) планеты между звездой и нами. Заметив короткое ослабление солнцеподобной звезды, ученые рассмотрели ее с помощью 3,6-метрового телескопа обсерватории Ла-Силья, который подтвердил находку.

Экзопланета TOI 849b вращается по крайне короткой орбите, совершая полный годовой оборот вокруг своей звезды всего за 18 часов. Едва ли удивительно, что температура ее оценивается в целых 1800 К. Теоретически эту близкую к звезде область поливают такие мощные потоки радиации, что планеты крупнее Нептуна образоваться и существовать здесь не могут. В такой «нептунианской пустыне» излучение должно сдувать с них газовые оболочки, оставляя только твердое ядро.

По-видимому, нечто подобное произошло и с TOI 849b, расположенной посреди «нептунианской пустыни» своей звезды. По оценкам ученых, ее масса составляет 40 масс Земли, а радиус – всего 3,4 земного (для сравнения, тот же Нептун тяжелее Земли примерно в 17 раз, но больше лишь в 3,9 раза), позволяя считать, что плотность планеты исключительно высока и в ней вряд ли содержатся значительные количества легких элементов.

Такие черты неплохо подошли бы для ядра какой-нибудь планеты-гиганта, которое окружает плотная и обширная газовая оболочка, как у Юпитера или Сатурна. Однако TOI 849b так и осталась оголенным ядром. Компьютерное моделирование указало на два сценария, которые могли привести ее к этому состоянию.

Во-первых, TOI 849b некогда могла быть похожей на Юпитер, но потеряла свои внешние оболочки под действием интенсивных потоков излучения. При этом расчеты показывают, что для полного исчезновения атмосферы экзопланета должна была пережить дополнительное воздействие – например, экстремальное сближение со звездой или столкновение с другой планетой (напомним, такую катастрофу мог пережить и сам Юпитер).

Второй вариант показывает, что TOI 849b могла стать результатом неправильного развития и никогда не была полноценным газовым гигантом. Она могла формироваться при дефиците летучих водорода и гелия в протопланетном диске, «нормальная» структура и состав которого были чем-то нарушены. Чтобы узнать предысторию странной планеты-ядра с большей определенностью, понадобятся новые наблюдения, которые позволят выяснить как минимум состав ее плотного вещества.

За последние несколько лет астрономы открыли более тысячи экзопланет и несколько тысяч кандидатов на эту роль. Большинство из них относится к так называемым горячим юпитерам – планетам с массой, похожей на Юпитер, но которые располагаются к звезде гораздо ближе: еще ближе, чем Меркурий находится к Солнцу.

Однако ученые все чаще находят менее крупные планеты, размер которых сопоставим с Землей. Растущее количество потенциальных двойников нашей планеты заставляет астрономов задуматься о том, может ли на них существовать жизнь.

Несколько лет назад астрономы, которые работали с космическим телескопом Kepler, выяснили, что относительно небольшие экзопланеты можно разделить на две четких группы – суперземли, масса которых превышает земную не более чем в 10 раз, и мининептуны – их масса в десятки раз больше, чем у нашей планеты.

Эти планеты радикально различаются друг от друга по внешнему виду. Первые по физическим свойствам, внешнему виду и устройству похожи на увеличенные копии Земли, тогда как вторые – это миры-океаны или "карликовые" газовые гиганты. Небольших планет, которые нельзя отнести ни к одному из таких типов, за последние годы почти не находили, поэтому промежуток между ними ученые назвали "нептуновой пустыней".

Изучая снимки космической обсерватории TESS, Армстронг и его коллеги открыли пока самый необычный пример планет из этой пустыни. Чтобы найти такие планеты, этот телескоп отслеживает периодические потускнения в свечении звезд. Такое потускнение может произойти из-за того, что планета во время вращения вокруг звезды временно "загораживает" ее свет для телескопа.

Внимание астрофизиков привлекла планета TOI 849b, которую TESS недавно открыл рядом с солнцеподобной звездой в созвездии Печи. Система этой звезды находится в 700 световых годах от Земли. TOI 849b расположена на относительно небольшом расстоянии от звезды и совершает оборот вокруг нее всего за 18 часов. Из-за этого температура на ее поверхности должна быть более 1800 кельвинов (1526 °С).

Данные TESS показали, что радиус планеты был примерно в 3,5 раза больше, чем у Земли, из-за чего ученые сперва причислили ее к числу типичных "горячих мининептунов". Проследив за TOI 849b с помощью спектроскопа HARPS, который установлен на один из телескопов Европейской южной обсерватории в Чили, Армстронг и его команда выяснили, что эти представления были ошибочными.

Этот прибор может открывать экзопланеты и изучать их свойства, отслеживая, как гравитационные взаимодействия между звездой и ее спутниками влияют на структуру спектра светила. Благодаря такому подходу, в отличие от методики работы Kepler и TESS, астрономы могут очень точно вычислять массу и плотность экзопланет.

В результате оказалось, что TOI 849b примерно в 39 раз тяжелее Земли. Это говорит о том, что ее плотность составляет как минимум 5,2 г/куб.см. Этот показатель почти идентичен плотности нашей планеты. Это исключает, что TOI 849b может быть планетой-океаном или газовым гигантом.

Как предполагают ученые, эта планета представляет собой "голое" ядро газового гиганта размером с Юпитер, который или лишился своих газовых оболочек в результате гравитационных взаимодействий со звездой или столкновения с другой планетой, или не успел сформировать их в процессе рождения звездной системы TOI 849.

Как именно это произошло, астрономы пока не знают. Однако само по себе открытие TOI 849b говорит о том, что такие миры могут существовать. Благодаря их изучению астрономы смогут понять, как устроены недра таких гигантских землеподобных планет и какие экзотические формы материи могут присутствовать в их центральных регионах с высокиим давлениями и температурой. Они станут новым полигоном для проверки теорий формирования планет.

Внутреннее строение газовых гигантов до сих пор изучено плохо. Трудности, возникающие перед учеными из-за невозможности непосредственно заглянуть в недра планет, приводят к тому, что даже в случае с небесными телами Солнечной системы сохраняется большая неопределенность. Поэтому экзопланеты, подвергшиеся редким эволюционным процессам, могут служить естественной лабораторией для проверки современных теорий и исследования внутреннего строения таких объектов, как Сатурн. Особую ценность с этой точки зрения представляют планеты, находящиеся в «пустыне нептунов» – близкой к звезде области, где почти не наблюдается планет размером с Нептун и массой около одной десятой массы Юпитера.