Чем больше экзопланет мы открываем, тем нам становится яснее, насколько разнообразными они могут быть. Планеты Солнечной системы представляют собой всего лишь пример того, какими могут быть планеты во Вселенной. Это подтверждается недавним открытием, сделанным группой американских ученых, которые обнаружили экзопланету TOI-3757 b в системе красного карлика, расположенного в 580 световых годах от нас в созвездии Возничего. Средняя плотность этой экзопланеты напоминает плотность зефира. Теоретически, она могла бы плавать в воде.

С помощью спутника TESS астрономы определили размер планеты. Оказалось, что она имеет размер чуть больше Юпитера и вращается вокруг красного карлика в непосредственной близости, совершая один оборот за 3,5 дня. Масса планеты составляет около четверти от массы Юпитера. Рассчитанная средняя плотность экзопланеты оказалась равной примерно 0,27 граммам на кубический сантиметр, что меньше половины от плотности Сатурна.

Обнаружение этой экзопланеты вызывает множество вопросов. Например, не совсем понятно, как газовый гигант, да еще и очень редкого типа, мог образоваться около красного карлика.

Возможное объяснение того, почему планета имеет такую низкую плотность, может быть связано с ее образованием. Согласно современной теории, газовые гиганты формируются из каменистого ядра, которое постепенно притягивает большое количество окружающего газа, образуя плотную атмосферу. Однако звезда, вокруг которой вращается TOI-3757 b, бедна тяжелыми элементами, что, по мнению ученых, могло привести к тому, что каменистое ядро планеты сформировалось медленнее и тем самым замедлило процесс аккреции газа. Это, в свою очередь, повлияло на плотность планеты.

Гигантская газовая планета TOI-3757 b с плотностью зефира была обнаружена на орбите вокруг холодного красного карлика на расстоянии 580 световых лет от Земли в направлении созвездия Возничего. Наблюдения были проведены астрономами Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне, которые опубликовали статью в журнале The Astrophysical Journal. Экзопланета относится к так называемым неплотным газовым гигантам или суперпаффам – классу экзопланет, имеющих размер газового гиганта, но обладающих массой, равной всего лишь нескольким массам Земли.

Первоначально экзопланета была обнаружена космическим телескопом НАСА TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), который занимается поиском внесолнечных планет методом транзита, выискивая сигналы падения яркости звезд. Такое падение яркости может происходить, когда на фоне диска звезды проходит крупное небесное тело, например, вращающаяся вокруг нее планета.

Дополнительные наблюдения были проведены с помощью наземных инструментов, в том числе прибора для измерения радиальной скорости звезд NEID и прибора для получения спекл-изображений NESSI, размещенных на телескопе WIYN в Аризоне.

Диаметр планеты достигает примерно 150 тысяч километров, что чуть больше диаметра Юпитера (139,8 тысячи километров). Она делает полный оборот вокруг звезды всего за 3,5 дня, что в 25 раз короче орбитального периода Меркурия, равного 88 дням. Измерение радиальной скорости дало массу, равную около одной четверти массы Юпитера, что примерно в 85 раз больше массы Земли. Итоговая средняя плотность оказалась равна 0,27 грамма на кубический сантиметр, что составляет менее половины плотности Сатурна и около четверти плотности воды.

Сверхнизкая плотность TOI-3757 b может объясняться двумя факторами. Первый относится к каменистому ядру, которое в случае обычных газовых гигантов достигает несколько десятков масс Земли, после чего начинает притягивать к себе большое количество газа, образуя толстую газовую оболочку. Звезда TOI-3757 обладает более низким содержанием тяжелых элементов, что могло привести к более медленному формированию каменного ядра и неконтролируемой газовой аккреции, что в итоге повлияло на плотность всей планеты. Во-вторых, орбита экзопланеты, вероятно, является эллиптической, и когда TOI-3757 b приближается к звезде, то происходит приливной нагрев, раздувающий газовую оболочку.

Традиционно считается, что газовые гиганты очень редко формируются на орбитах вокруг красных карликов, которые отличаются высокой активностью и извергают мощные вспышки, способные лишить планету атмосферы. Как правило, гигантские экзопланеты находятся на большом удалении от родительских звезд. Согласно некоторым гипотезам, суперпаффы лишь кажутся большими, чем есть на самом деле из-за выбросов пыли в верхние слои атмосферы или из-за несовершенства астрономических инструментов.

Группа астрономов из разных университетов мира обнаружила газовую планету-гигант, которая вращается вокруг звезды типа «красный карлик», расположенной на расстоянии 580 световых лет от Земли. Экзопланета (этим термином ученые называют любые планеты вне Солнечной системы), которая получила название TOI-3757 b, внешне напоминает Юпитер. Она обладает самой низкой плотностью из всех космических тел, когда-либо наблюдавшихся на орбите красных карликов – около 600 г/куб.м. Это означает, что экзопланета по плотности похожа на маршмеллоу. Если бы ее можно было поместить в ванну, то она бы плавала на воде.

Красные карлики – маленькие и относительно холодные звезды, довольно распространенные в нашей галактике. Они обычно отличаются небольшим размером и тусклостью. В своих ядрах они превращают водород в гелий через ядерный синтез. Несмотря на то, что такие звезды намного холоднее Солнца, из-за атомных реакций они чрезвычайно активны и запускают мощные вспышки газа, способные разрушить атмосферу любого небесного тела на их орбите. Эти вспышки теоретически делают космические окрестности красных карликов маловероятным местом для поиска экзопланет. Однако наличие TOI-3757 b опровергает это.

TOI-3757 b находится так близко к родительской звезде-карлику, что проходит ее орбиту всего за 3,5 земных дня. Это в 25 раз быстрее, чем ближайшая к Солнцу планета, Меркурий, делает полный оборот вокруг него. При этом TOI-3757 b немного больше Юпитера – самой крупной планеты Солнечной системы, диаметр которой составляет около 150 тыс. км. Шубхам Канодия, ведущий автор исследования и астроном из Института Карнеги в Вашингтоне, отмечает: TOI-3757 b – исключение из правила, по которому гигантские планеты крайне редко образуются вокруг красных карликов.

Канодия и его коллеги уверены: то, что газовый гигант с низкой плотностью сформировался в таких неблагоприятных и экстремальных условиях – удивительный феномен. Они предполагают, что его сделали возможным два фактора.

Первый фактор связан с тем, как формируются газовые гиганты. Массивные каменные ядра, примерно в десять раз превышающие массу Земли, быстро втягивают в себя большое количество окружающего газа и превращаются в планеты, подобные Юпитеру. Команда ученых считает, что в красном карлике, вокруг которого вращается TOI-3757 b, содержалось меньше тяжелых элементов. Это привело к тому, что из-за сложных химических реакций ядро экзопланеты формировалось медленнее. Это задержало прибавление объема газа, что сделало планету менее плотной.

Второй фактор – орбита TOI-3757 b имеет форму эллипса, поэтому периодически планета оказывается максимально близко к своей родительской звезде. Такие сближения приводят к чрезмерному нагреву планеты, что вызывает раздувание ее атмосферы – из-за жара в нее выбрасывается газ.