TOI-849 b — это экзопланета, обнаруженная в рамках миссии TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), которая представляет собой уникальный объект, вызывающий большой интерес у астрономов. Она классифицируется как «горячий нептун» или, более вероятно, ядро газового гиганта, лишившееся своей газовой оболочки.
Общая информация
- Название: TOI-849 b (TOI — TESS Object of Interest).
- Открытие: Обнаружена в 2018 году с помощью спутника TESS, который отслеживает транзиты (прохождения планет перед их звездами). Результаты были опубликованы в 2020 году в журнале Nature (Armstrong et al., 2020).
- Метод обнаружения: Транзитный метод, при котором фиксируется временное снижение яркости звезды, вызванное прохождением планеты по ее диску.
- Звезда-хозяин: TOI-849 — звезда спектрального класса G (похожа на Солнце), расположенная примерно в 730 световых годах от Земли в созвездии Печь (Fornax). Ее масса составляет около 0,93 массы Солнца, а радиус — около 0,88 радиуса Солнца. Возраст звезды оценивается примерно в 6,5 миллиардов лет.
Характеристики планеты
TOI-849 b выделяется среди других экзопланет благодаря своим уникальным физическим параметрам:
Размер и масса
- Радиус: Примерно 3,45 радиуса Земли (R⊕), что делает ее размером между Землей и Нептуном. Это меньше типичного радиуса горячих юпитеров, но больше радиуса большинства суперземель.
- Масса: Около 40 масс Земли (M⊕), что значительно тяжелее Земли, но легче, чем у типичных газовых гигантов, таких как Юпитер (318 M⊕) или Нептун (17 M⊕).
- Плотность: Высокая плотность, около 5,2 г/см³ (сравнима с плотностью Земли — 5,51 г/см³). Это необычно для планет такого размера, которые обычно имеют низкую плотность из-за наличия газовой оболочки.
Орбитальные характеристики
- Орбитальный период: ~18,4 часа. Это означает, что планета совершает полный оборот вокруг своей звезды менее чем за земные сутки, что делает ее ультракороткопериодической планетой (ultra-short period planet, USP).
- Расстояние от звезды: Орбита находится на расстоянии всего ~0,016 а.е. (астрономических единиц), что эквивалентно примерно 2,4 миллиона километров. Для сравнения, это около 1/25 расстояния от Земли до Солнца.
- Температура поверхности: Из-за близости к звезде температура на дневной стороне планеты оценивается в ~1500–1800 K (примерно 1200–1500°C). Это делает TOI-849 b экстремально горячей планетой.
Состав
- Планета, вероятно, представляет собой оголенное ядро газового гиганта (так называемый «chthonian planet»). Это означает, что она могла первоначально быть газовым гигантом, похожим на Нептун или Юпитер, но потеряла большую часть своей газовой оболочки из-за интенсивного звездного излучения и нагрева.
- Высокая плотность и отсутствие значительной атмосферы указывают на то, что планета состоит преимущественно из тяжелых элементов (силикаты, железо, никель), с возможным небольшим слоем водородно-гелиевой атмосферы (менее 3% массы планеты).
- Моделирование показывает, что TOI-849 b могла потерять до 100 масс Земли газовой оболочки за время своего существования.
Научное значение
TOI-849 b считается важным объектом для изучения эволюции планет, особенно в контексте так называемого «разрыва радиусов» (radius gap) и формирования планет.
Разрыв радиусов
- TOI-849 b находится в области так называемой «пустыни горячих нептунов» — диапазона радиусов (примерно 3–4 R⊕), где редко встречаются планеты с короткими орбитами. Это связано с тем, что планеты такого размера либо теряют свою атмосферу из-за звездного излучения (становясь суперземлями), либо сохраняют ее и становятся мини-нептунами.
- TOI-849 b — редкий пример планеты, которая, вероятно, прошла через процесс потери атмосферы, что делает ее ключевым объектом для изучения этого явления.
Эволюция планет
- Планета предоставляет уникальную возможность изучить ядро газового гиганта, которое обычно скрыто под толстой газовой оболочкой. Это помогает ученым понять, как формируются и эволюционируют планеты типа Нептуна и Юпитера.
- Близость к звезде и высокая температура предполагают, что TOI-849 b подвергалась интенсивному процессу фотоиспарения (photoevaporation), когда звездное излучение «сдувает» атмосферу планеты. Это подтверждает модели, согласно которым горячие нептуны с короткими орбитами редки, так как они либо теряют атмосферу, либо мигрируют дальше от звезды.
Потенциальная атмосфера
- Хотя считается, что TOI-849 b имеет минимальную атмосферу, небольшие следы газов (например, водорода, гелия или испарившихся минералов) могут присутствовать. Это делает планету интересной целью для будущих наблюдений с телескопами, такими как Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), которые могут изучить состав ее поверхности или остаточной атмосферы с помощью спектроскопии.
Формирование и эволюция
Существует несколько гипотез о том, как TOI-849 b могла сформироваться и стать такой, какая она есть:
- Потеря атмосферы газового гиганта:
- Планета могла сформироваться как газовый гигант (похожий на Нептун или Юпитер) на более дальней орбите, а затем мигрировала ближе к звезде из-за взаимодействия с протопланетным диском или другими планетами (механизм, известный как миграция типа II).
- Близость к звезде привела к интенсивному фотоиспарению, которое «сдуло» большую часть газовой оболочки, оставив только плотное ядро.
- Неудачное формирование газового гиганта:
- TOI-849 b могла начать формироваться как газовый гигант, но не набрала достаточно газа из протопланетного диска из-за его быстрого рассеяния или конкуренции с другими планетами.
- В результате планета осталась в виде массивного ядра без значительной атмосферы.
- Столкновения:
- Альтернативная гипотеза предполагает, что TOI-849 b могла потерять атмосферу в результате катастрофического столкновения с другой планетой или крупным объектом, что «сорвало» ее газовую оболочку.
Сравнение с другими экзопланетами
- Сравнение с горячими юпитерами: Горячие юпитеры, такие как 51 Pegasi b, имеют схожие короткие орбиты, но значительно большие радиусы и меньшую плотность из-за сохранения их газовых оболочек. TOI-849 b, напротив, представляет собой редкий случай, когда планета лишилась своей атмосферы.
- Сравнение с суперземлями: Суперземли, такие как 55 Cancri e, имеют меньшую массу и радиус, но схожую высокую плотность. Однако TOI-849 b массивнее, что указывает на ее происхождение как ядра более крупной планеты.
- Сравнение с Нептуном: Если бы TOI-849 b сохранила свою атмосферу, она могла бы быть похожа на Нептун по размеру и составу, но ее близость к звезде делает это невозможным.
Наблюдения и будущие исследования
- Транзитные наблюдения: TOI-849 b была обнаружена благодаря транзитам, которые происходят каждые 18,4 часа. Это делает ее удобной для повторных наблюдений, так как транзиты происходят часто.
- Спектроскопия: Будущие наблюдения с помощью JWST или наземных телескопов (например, VLT или Keck) могут выявить наличие тонкой атмосферы или испарившихся минералов, таких как силикаты, что поможет уточнить состав планеты.
- Радиальная скорость: Измерения радиальной скорости звезды TOI-849 позволили точно определить массу планеты, что подтверждает ее высокую плотность. Дальнейшие измерения могут уточнить орбитальные параметры и выявить возможные дополнительные планеты в системе.
Интересные факты
- Пустыня горячих нептунов: TOI-849 b находится в редкой зоне, где планеты с радиусом 3–4 R⊕ и короткими орбитами практически не встречаются. Это делает ее «недостающим звеном» в эволюции экзопланет.
- Космическая геология: Если планета действительно является оголенным ядром, она предоставляет уникальную возможность «заглянуть» внутрь газового гиганта, что невозможно в нашей Солнечной системе.
- Крайние условия: Температура на поверхности TOI-849 b настолько высока, что некоторые минералы могут существовать в виде пара, создавая необычную «атмосферу» из испарившихся силикатов.
Значение для астрономии
TOI-849 b — это уникальный объект, который помогает ответить на ключевые вопросы о формировании и эволюции планет:
- Как планеты теряют свои атмосферы под воздействием звездного излучения?
- Каковы внутренние структуры газовых гигантов?
- Почему существует «разрыв радиусов» и как планеты переходят из одной категории (например, мини-нептуны) в другую (суперземли)?
- Как миграция планет влияет на их состав и структуру?
Заключение
TOI-849 b — это экзопланета, которая бросает вызов существующим моделям формирования планет. Ее высокая плотность, необычный размер и экстремально короткая орбита делают ее уникальным объектом для изучения процессов фотоиспарения, миграции планет и эволюции газовых гигантов. Будущие наблюдения с мощными телескопами, такими как JWST, могут раскрыть дополнительные детали о ее составе и истории, что приблизит нас к пониманию разнообразия планет во Вселенной.
|
