Астрономы открыли «живую» планетную систему где орбиты меняются почти на глазах
Если искать литературное сравнение, TOI-201 отчасти напоминает роман «Задача трех тел»: там судьбу мира определяет сложная и трудно предсказуемая гравитационная динамика нескольких тел.
Источник: Tedi Vick. Художественное изображение системы из трех планет.
МОСКВА, 16 апреля. /Новости науки/. Астрономы из Университета Нью-Мексико подтвердили существование сразу трех объектов в необычной системе TOI-201 и показали, что их орбиты заметно меняются в период, сравнимый с человеческой историей. Вокруг звезды обращаются суперземля, «теплый Юпитер» и коричневый карлик, а их гравитационное взаимодействие делает систему одной из самых динамичных из известных. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Если искать литературное сравнение, TOI-201 отчасти напоминает роман «Задача трех тел»: там судьбу мира определяет сложная и трудно предсказуемая гравитационная динамика нескольких тел. Конечно, в реальности система TOI-201 не повторяет сюжет книги и не является хаотической в таком художественном смысле, но для астрономов она тоже выглядит как редкий пример космической «драмы», где несколько массивных объектов постоянно меняют конфигурацию и влияют друг на друга.
Самый близкий к звезде объект — TOI-201 d, каменистая суперземля. По размеру она примерно в 1,4 раза больше Земли, а по массе — примерно в шесть раз тяжелее. Один оборот вокруг звезды она совершает всего за 5,85 суток. Из-за такой близости к светилу планета, скорее всего, слишком горячая для существования жидкой воды.
Второй объект — TOI-201 b, так называемый «теплый Юпитер». Это газовый гигант примерно вдвое легче Юпитера, который обращается вокруг звезды за 53 дня. Такие планеты особенно интересуют астрономов, потому что они занимают промежуточное положение между очень близкими к звезде «горячими Юпитерами» и далекими газовыми гигантами вроде нашего Юпитера. До сих пор ученые не до конца понимают, как такие планеты оказываются именно на таких орбитах.
Третий и самый необычный объект — TOI-201 c. Это коричневый карлик, то есть тело на границе между планетой и звездой. Его орбита очень вытянута, а полный оборот вокруг звезды занимает почти 7,9 года. Именно он в основном и отвечает за сложное поведение всей системы.
«TOI-201 c уникален из-за своего чрезвычайно длинного орбитального периода — около 7,9 года — и из-за того, что он находится в системе с двумя внутренними планетами. Большинство известных транзитных коричневых карликов обращаются гораздо ближе к своим звездам», — отметил главный автор работы аспирант Исмаэль Мирелес,
Профессор Диана Драгомир, соавтор работы, добавила, что TOI-201 c интересен еще и тем, что его масса находится почти на границе между массивной планетой и коричневым карликом. Поэтому перед исследователями встает отдельный вопрос: сформировался ли он как планета или скорее как маленькая звезда.
Коричневые карлики обычно тяжелее Юпитера более чем в 13 раз, но все же недостаточно массивны, чтобы поддерживать устойчивый термоядерный синтез водорода, как это делает Солнце.
Главная особенность TOI-201 в том, что ее можно наблюдать почти «в реальном времени». Обычно астрономы видят планетные системы как застывший кадр: важные изменения там идут миллионы лет. Здесь же орбиты заметно меняются на масштабах столетий.
«Это одна из немногих систем, где можно наблюдать, как планетные орбиты активно меняются на временах, сопоставимых с человеческой жизнью. Она дает редкое окно в динамическую жизнь планетных систем в реальном времени», — сказал Мирелес.
По словам ученых, орбиты трех тел наклонены друг к другу, поэтому объекты постепенно «перетягивают» друг друга в новые положения. Это оказалось неожиданностью, потому что планеты обычно рождаются в плоскости протопланетного диска и потому должны быть более или менее выровнены, как в Солнечной системе.
Именно поэтому следующий важный вопрос для ученых — как эта система вообще пришла к столь необычной архитектуре.
По расчетам исследователей, через 200 лет суперземля TOI-201 d перестанет проходить по диску своей звезды с точки зрения земного наблюдателя, то есть перестанет быть транзитной. Через несколько сотен лет то же произойдет и с «теплым Юпитером», а позже — и с коричневым карликом. Однако спустя тысячи лет их транзиты снова вернутся: система будет проходить через циклы, когда объекты то видны на фоне звезды, то нет.
Для подтверждения системы ученые использовали сразу четыре метода. Первый — спектроскопия, то есть измерение колебаний звезды под действием ее спутников. Второй — транзитная фотометрия, когда фиксируется слабое падение яркости звезды при прохождении объекта по ее диску. Третий — анализ вариаций времени транзитов, который позволяет по небольшим сдвигам времени прохождения вычислять влияние других тел. Четвертый — астрометрия, измеряющая очень малые смещения положения звезды на небе.
Для работы использовались данные сразу нескольких инструментов, в том числе космического телескопа TESS, наземных обсерваторий в Чили, Австралии, Южной Африке и даже антарктического телескопа ASTEP.
Следующий транзит коричневого карлика TOI-201 c ожидается 26 марта 2031 года. Это будет редкая возможность еще раз подробно изучить систему, и в наблюдениях, как отмечают авторы, смогут участвовать не только профессиональные астрономы, но и любители.
TOI-201 делает особенно наглядной простую, но важную вещь: планетные системы — это не неподвижные наборы тел, а живые и меняющиеся структуры. И в редких случаях, как здесь, эту космическую механику можно буквально увидеть в действии.
Если искать литературное сравнение, TOI-201 отчасти напоминает роман «Задача трех тел»: там судьбу мира определяет сложная и трудно предсказуемая гравитационная динамика нескольких тел. Конечно, в реальности система TOI-201 не повторяет сюжет книги и не является хаотической в таком художественном смысле, но для астрономов она тоже выглядит как редкий пример космической «драмы», где несколько массивных объектов постоянно меняют конфигурацию и влияют друг на друга.
Самый близкий к звезде объект — TOI-201 d, каменистая суперземля. По размеру она примерно в 1,4 раза больше Земли, а по массе — примерно в шесть раз тяжелее. Один оборот вокруг звезды она совершает всего за 5,85 суток. Из-за такой близости к светилу планета, скорее всего, слишком горячая для существования жидкой воды.
Второй объект — TOI-201 b, так называемый «теплый Юпитер». Это газовый гигант примерно вдвое легче Юпитера, который обращается вокруг звезды за 53 дня. Такие планеты особенно интересуют астрономов, потому что они занимают промежуточное положение между очень близкими к звезде «горячими Юпитерами» и далекими газовыми гигантами вроде нашего Юпитера. До сих пор ученые не до конца понимают, как такие планеты оказываются именно на таких орбитах.
Третий и самый необычный объект — TOI-201 c. Это коричневый карлик, то есть тело на границе между планетой и звездой. Его орбита очень вытянута, а полный оборот вокруг звезды занимает почти 7,9 года. Именно он в основном и отвечает за сложное поведение всей системы.
«TOI-201 c уникален из-за своего чрезвычайно длинного орбитального периода — около 7,9 года — и из-за того, что он находится в системе с двумя внутренними планетами. Большинство известных транзитных коричневых карликов обращаются гораздо ближе к своим звездам», — отметил главный автор работы аспирант Исмаэль Мирелес,
Профессор Диана Драгомир, соавтор работы, добавила, что TOI-201 c интересен еще и тем, что его масса находится почти на границе между массивной планетой и коричневым карликом. Поэтому перед исследователями встает отдельный вопрос: сформировался ли он как планета или скорее как маленькая звезда.
Коричневые карлики обычно тяжелее Юпитера более чем в 13 раз, но все же недостаточно массивны, чтобы поддерживать устойчивый термоядерный синтез водорода, как это делает Солнце.
Главная особенность TOI-201 в том, что ее можно наблюдать почти «в реальном времени». Обычно астрономы видят планетные системы как застывший кадр: важные изменения там идут миллионы лет. Здесь же орбиты заметно меняются на масштабах столетий.
«Это одна из немногих систем, где можно наблюдать, как планетные орбиты активно меняются на временах, сопоставимых с человеческой жизнью. Она дает редкое окно в динамическую жизнь планетных систем в реальном времени», — сказал Мирелес.
По словам ученых, орбиты трех тел наклонены друг к другу, поэтому объекты постепенно «перетягивают» друг друга в новые положения. Это оказалось неожиданностью, потому что планеты обычно рождаются в плоскости протопланетного диска и потому должны быть более или менее выровнены, как в Солнечной системе.
Именно поэтому следующий важный вопрос для ученых — как эта система вообще пришла к столь необычной архитектуре.
По расчетам исследователей, через 200 лет суперземля TOI-201 d перестанет проходить по диску своей звезды с точки зрения земного наблюдателя, то есть перестанет быть транзитной. Через несколько сотен лет то же произойдет и с «теплым Юпитером», а позже — и с коричневым карликом. Однако спустя тысячи лет их транзиты снова вернутся: система будет проходить через циклы, когда объекты то видны на фоне звезды, то нет.
Для подтверждения системы ученые использовали сразу четыре метода. Первый — спектроскопия, то есть измерение колебаний звезды под действием ее спутников. Второй — транзитная фотометрия, когда фиксируется слабое падение яркости звезды при прохождении объекта по ее диску. Третий — анализ вариаций времени транзитов, который позволяет по небольшим сдвигам времени прохождения вычислять влияние других тел. Четвертый — астрометрия, измеряющая очень малые смещения положения звезды на небе.
Для работы использовались данные сразу нескольких инструментов, в том числе космического телескопа TESS, наземных обсерваторий в Чили, Австралии, Южной Африке и даже антарктического телескопа ASTEP.
Следующий транзит коричневого карлика TOI-201 c ожидается 26 марта 2031 года. Это будет редкая возможность еще раз подробно изучить систему, и в наблюдениях, как отмечают авторы, смогут участвовать не только профессиональные астрономы, но и любители.
TOI-201 делает особенно наглядной простую, но важную вещь: планетные системы — это не неподвижные наборы тел, а живые и меняющиеся структуры. И в редких случаях, как здесь, эту космическую механику можно буквально увидеть в действии.
