Астрономы долго считали, что планетные системы строятся по знакомой схеме: небольшие каменистые планеты формируются близко к звезде, а массивные газовые гиганты — на дальних орбитах. Наша Солнечная система идеально укладывается в эту картину.
Однако недавно обнаруженная система вокруг красного карлика LHS 1903 перевернула эти представления. Ученые сообщили о находке каменистой планеты на внешней орбите, там, где по классической теории должен был находиться газовый гигант. Это открытие заставляет астрономов пересмотреть, когда и как могут формироваться каменистые планеты, и задает вопрос: не упускает ли современная модель важный элемент в истории планетообразования?
Принцип работы системы
Исследователи сосредоточились на LHS 1903 — маленькой и тусклой красной звезде, намного холоднее нашего Солнца. Красные карлики распространены в нашей галактике, а их компактность облегчает обнаружение планет.
Используя сочетание наземных телескопов и космических обсерваторий, команда сначала выявила три планеты, вращающиеся вокруг LHS 1903. Их расположение выглядело привычным: каменистая планета рядом с звездой, за ней две газовые планеты, напоминающие мини-Нептуны. Всё соответствовало стандартной теории формирования планет.
Согласно этой теории, планеты рождаются в вращающемся газо-пылевом диске вокруг молодой звезды, называемом протопланетным диском. Близко к звезде высокая температура и радиация сдувают легкие газы, такие как водород и гелий. Планеты, формирующиеся в таких условиях, теряют толстую атмосферу и остаются плотными, каменистыми. На дальних орбитах, где прохладнее, планеты удерживают газ и вырастают в большие, «пухлые» миры.
После многолетнего изучения трёх известных планет команда получила новые данные с космического аппарата ESA CHEOPS, предназначенного для точного измерения размеров экзопланет. Новые наблюдения выявили четвертую планету, LHS 1903 e, вращающуюся на самой дальней орбите. Но расчет её размеров и массы преподнес сюрприз.
Мир, нарушивший правила
Самая внешняя планета оказалась каменистой, а не газовой. Другими словами, у неё нет толстого газового слоя, который астрономы ожидали увидеть на такой дистанции.
«Удивительно наблюдать каменистый мир в условиях, которые вроде бы не благоприятны для его формирования. Это ставит под сомнение многие допущения нашей модели», — говорит Райан Клутиер, профессор физики и астрономии Университета МакМастера и соавтор исследования.
Команда рассмотрела несколько возможных объяснений. Возможно, гигантское столкновение снесло атмосферу планеты? Компьютерные модели показали малую вероятность такого сценария. Может быть, планеты поменялись местами из-за гравитационных взаимодействий? Подробный анализ орбит это исключил.
Наиболее убедительное объяснение связано с так называемым механизмом «формирования изнутри наружу». В отличие от классической модели, где планеты формируются примерно одновременно, эта теория предполагает последовательное образование планет. Каждая новая планета изменяет среду диска, и со временем газ может истощаться. Если LHS 1903 e сформировалась поздно, когда основная часть газа уже исчезла, она осталась почти полностью из твёрдого материала. Так и родилась каменистая планета на внешней орбите.
Открытие ставит новые вопросы: если одна система может нарушать привычный паттерн, сколько ещё таких систем ждёт своего открытия? Оно также подчёркивает ограничения существующих моделей формирования планет. Теории объясняют многие системы, но могут не учитывать нюансы развития дисков и временные различия, определяющие тип конечной планеты.
Учёные планируют продолжить наблюдения за LHS 1903 и искать похожие системы, чтобы проверить гипотезу формирования изнутри наружу. Статья опубликована в журнале Science.
