Начиная с начала 1990-х годов, астрономические наблюдения позволили выявить тысячи экзопланет, однако большая их часть вращается вокруг звезд, находящихся на поздних этапах своего развития. Процессы, происходящие в ранние периоды формирования планетных систем, остаются недостаточно понятными, несмотря на то, что именно тогда определяются ключевые физические свойства этих миров. Научная работа, опубликованная в журнале Nature, проливает свет на одну из немногих известных молодых планетных систем – звезду V1298 Tau, чей возраст составляет приблизительно 20 миллионов лет.
Вокруг звезды V1298 Tau было обнаружено четыре экзопланеты, орбиты которых расположены таким образом, что все они находятся в зоне транзита – периодически проходят перед диском звезды, вызывая незначительное уменьшение ее яркости. Эти транзитные события повторяются с интервалами в 8, 12, 24 и 48 земных дней, а сами планеты получили обозначения V1298 Tau c, d, b и e. Характерной особенностью этой системы является ее высокая плотность: все четыре экзопланеты могли бы быть размещены в пределах орбиты Меркурия.
Определение масс, которое ранее было затруднено
На основании данных, полученных в ходе транзитных наблюдений, астрономы уже некоторое время располагали информацией о радиусах обнаруженных экзопланет – от пяти до десяти радиусов Земли. Подобные размеры типичны для газовых гигантов, однако без определения массы невозможно установить их физические характеристики. Традиционный метод измерения масс экзопланет, основанный на анализе спектроскопических данных о колебаниях звезды-хозяина, оказывается неэффективным применительно к молодым объектам: интенсивная магнитная активность приводит к существенным искажениям результатов.
В рассматриваемом случае ученые использовали другой метод – анализ вариаций во времени транзита. В плотных системах планеты оказывают заметное гравитационное влияние друг на друга, что проявляется в незначительных смещениях моментов их прохождения перед звездой. Детальное моделирование этих отклонений дало возможность впервые с высокой степенью достоверности установить массы всех четырех экзопланет, варьирующиеся от пяти до пятнадцати масс Земли.
Газовые гиганты как ранняя фаза эволюции
Проведенные расчеты продемонстрировали, что средняя плотность экзопланет в системе V1298 Tau значительно меньше плотности воды, что свидетельствует о наличии обширных атмосфер, состоящих из водорода и гелия. Данные параметры позволяют классифицировать эти объекты как экзопланеты с крайне низкой плотностью, находящиеся на начальном этапе своего развития.
Анализ прогнозируемого развития системы показал, что со временем экзопланеты будут подвержены сжатию и частичной утрате атмосферы. Предполагается, что через несколько миллиардов лет они, скорее всего, трансформируются в более плотные объекты – суперземли или субнептуны, которые регулярно обнаруживаются у звезд на поздних стадиях эволюции. Следовательно, планетная система V1298 Tau может служить важным переходным этапом между процессом формирования планет и их зрелым состоянием.
Несмотря на то, что исследование сфокусировано на одной конкретной системе, его значимость простирается далеко за пределы рассматриваемого объекта. Работа указывает на то, что большие размеры молодых экзопланет не всегда коррелируют с большой массой, и подтверждает гипотезу о том, что многие из ныне известных плотных планет в прошлом могли обладать значительно большим объемом. Это создает новые перспективы для изучения ранних этапов развития планетных систем по мере поступления дополнительных данных о молодых звезд.
