Обнаружен первый ультра-горячий Нептун

Планета вращается так близко к звезде, что год там длится всего 19 часов, а это означает, что звездное излучение нагревает планету до более чем 1700 градусов по Цельсию.

При таких температурах тяжелые элементы, такие как железо, могут ионизироваться в атмосфере, а молекулы диссоциировать, что создает уникальную лабораторию для изучения химии планет за пределами Солнечной системы.

Хотя мир весит вдвое больше, чем Нептун, он также немного больше и имеет аналогичную плотность. Следовательно, у LTT 9779b должно быть огромное ядро ??с массой около 28 земных и атмосфера, составляющая около 9% от общей массы планеты.

Сама система примерно вдвое моложе Солнца, ей 2 миллиарда лет, и, учитывая интенсивное облучение, нельзя ожидать, что планета, подобная Нептуну, будет так долго сохранять атмосферу, что дает возможность решить интригующую загадку: как появилась такая невероятная система.

LTT 9779 - это похожая на Солнце звезда, расположенная на расстоянии 260 световых лет, что в астрономическом смысле буквально рукой подать. Она очень богата металлами, в её атмосфере вдвое больше железа, чем на Солнце. Это может быть ключевым показателем того, что планета изначально была гораздо более крупным газовым гигантом, поскольку эти тела преимущественно формируются рядом со звездами с наибольшим содержанием железа.

Первые указания на существование планеты были сделаны с помощью TESS в рамках миссии по обнаружению небольших транзитных планет, вращающихся поблизости, и ярких звезд по всему небу. Такие транзиты обнаруживаются, когда планета проходит прямо перед своей звездой, блокируя часть звездного света, а количество заблокированного света показывает размер спутника. Подобные миры, когда они полностью подтверждены, могут позволить астрономам исследовать их атмосферы, обеспечивая более глубокое понимание процессов формирования и эволюции планет.

В начале ноября 2018 года транзитный сигнал был быстро подтвержден как исходящий от планетарного тела с использованием наблюдений, сделанных с помощью прибора High Accuracy Radial-Speed ??Planet Searcher (HARPS), установленного на 3,6-метровом телескопе в обсерватории ESO La Silla на севере Чили.  HARPS использует метод доплеровского колебания для измерения массы планет и орбитальных характеристик. Когда обнаруживается, что объекты перемещаются, можно организовать доплеровские измерения для эффективного подтверждения планетарной природы. В случае с LTT 9779b команда смогла подтвердить реальность планеты всего после одной недели наблюдений.

Ученый Джордж Кинг сказал: «Мы были очень довольны, когда наши телескопы NGTS подтвердили транзитный сигнал этой захватывающей новой планеты. Падение яркости составляет всего две десятых процента, и очень немногие телескопы способны производить такие точные измерения».

Профессор Джеймс Дженкинс, возглавлявший группу, сказал: «Открытие LTT 9779b на столь раннем этапе миссии TESS было полной неожиданностью; игрой, которая окупилась. Большинство транзитных событий с периодами меньше ложноположительных результатов, как правило, затмевают двойные звезды на фоне».

LTT 9779b - действительно редкий зверь, существующий в малонаселенной области пространства параметров планеты. «Планета существует в так называемой «Пустыне Нептуна» - регионе, лишенном планет. Хотя ледяные гиганты кажутся довольно частым побочным продуктом процесса формирования планет, но не в случае, когда находятся очень близко к звездам. Мы полагаем, что эти планеты постепенно лишаются своей атмосферы, в результате чего становятся так называемыми планетами с ультракоротким периодом жизни», объяснил Дженкинс.

По словам Кинга: «Интенсивное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение молодой родительской звезды нагреет верхние слои атмосферы планеты и должно было вывести атмосферные газы в космос». С другой стороны, расчеты доктора Кинга показали, что у LTT 9779b не было достаточного нагрева рентгеновскими лучами, чтобы он начинал как гораздо более массивный газовый гигант. «В результате фотоиспарения должна была образоваться либо голая скала, либо газовый гигант», - пояснил он. «Это означает, что должно быть что-то новое и необычное в истории этой планеты, что мы должны попытаться объяснить».

Профессор Дженкинс заметил: «Модели планетной структуры говорят нам, что планета представляет собой гигантский мир, в котором доминирует ядро, но, что очень важно, должно существовать от двух до трех земных масс атмосферного газа. Но если звезда такая старая, почему вообще существует атмосфера на планете? Если бы LTT 9779b начинал как газовый гигант, тогда процесс, называемый переполнением полости Роша, мог передать на звезду значительные количества атмосферного газа».

Переполнение полости Роша - это процесс, при котором планета приближается к звезде настолько близко, что более сильная гравитация звезды может захватывать внешние слои планеты, заставляя ее переходить на звезду и таким образом значительно уменьшая массу планеты. Модели предсказывают результаты, аналогичные результатам системы LTT 9779, но они также требуют более тонкой настройки.

«Возможно также, что LTT 9779b прибыл на свою текущую орбиту довольно поздно ??и поэтому не успел отдать атмосферу. Столкновения с другими планетами в системе могли отбросить его ближе к звезде. Поскольку это уникальный и редкий мир, более экзотические сценарии могут быть правдоподобными», добавил Дженкинс.

Поскольку у планеты действительно есть значительная атмосфера и она вращается вокруг относительно яркой звезды, будущие исследования планетарной атмосферы могут раскрыть некоторые загадки, связанные с формированием таких планет, как они развиваются, и в деталях, что они из себя представляют. Дженкинс заключил: «Планета очень горячая, что мотивирует на поиск элементов тяжелее водорода и гелия, а также ионизированных атомных ядер. Отрезвляет мысль, что эта «невероятная планета», вероятно, настолько редка, что мы не найдем другой лаборатории. Нам очень нравится изучать природу ультра-горячего Нептуна в деталях, поэтому мы должны извлечь все возможные знания из этого, наблюдая его с помощью космических и наземных инструментов в ближайшие годы».

Статья опубликован в журнале Nature Astronomy.