TOI-6894 — это красный карлик, масса которого в пять раз меньше массы Солнца. Теоретические модели предполагают, что вокруг маломассивных звезд недостаточно вещества для образования газовых гигантов, таких как Юпитер. Тем не менее, международная группа астрономов, используя наземные телескопы, зафиксировала явные признаки наличия гигантской планеты, вращающейся вокруг TOI-6894. Это открытие вызывает пересмотр существующих взглядов на процессы формирования планет.
Аккреционная теория образования планет объясняет, в процессе формирования газовых гигантов из газопылевого диска вокруг молодой звезды, миллионы мельчайших пылевых зерен начинают сталкиваться. Благодаря электростатическому притяжению, эти частицы «прилипают» и формируют микроскопические комки, которые затем объединяются в более крупные зерна.
С увеличением количества этих зерен их масса возрастает, и они, благодаря собственной гравитации, начинают с большей силой притягивать к себе другие частицы. В итоге формируются так называемые планетезимали — космические тела, размеры которых составляют около километра. Эти объекты непрерывно взаимодействуют, что обуславливает образование «прото-ядра» будущей планеты.
Достигнув требуемой массы, которая колеблется от одной до десяти масс Земли, «прото-ядро» приобретает достаточную гравитацию для активного притягивания вещества из окружающего диска, включая газ. В результате формирующейся планеты начинает образовываться плотная газовая оболочка, то есть атмосфера.
По мере увеличения массы ядра планета становится тяжелее и начинает активнее притягивать газ, что приводит к процессу интенсивного поглощения вещества. В результате формируется газовый гигант.
По данной теории, формирование газовых гигантов представляет собой более сложный процесс в окрестностях маломассивных звезд — красных карликов. Основная причина заключается в недостатке газа и пыли в протопланетном диске, что препятствует формированию массивного ядра и аккреции. Другими словами, сырья, необходимого для создания крупной планеты, схожей с Юпитером, попросту не хватает; его хватает лишь для формирования каменистых планет.
Международная группа астрономов во главе с Эдвардом Брайантом ( Edward Bryant) исследователи из Ворвикского университета в Великобритании обнаружили в отдаленных областях космоса «аномалию». В ходе анализа данных, полученных по 91 тысяче маломассивных красных карликов, на орбите одного из них была обнаружена экзопланета-газовый гигант. Речь идет о планетной системе, включающей красный карлик TOI-6894 и экзопланету TOI-6894b.
Во время обработки данных, полученных с космического телескопа TESS, был обнаружен красный карлик. Затем, при помощи одного из крупнейших в мире наземных оптических телескопов Very Large Telescope, принадлежащего Европейской Южной обсерватории, астрономы идентифицировали на орбите звезды газового гиганта TOI-6894b. Обнаружение было осуществлено с использованием транзитного метода – способа поиска экзопланет, основанного на наблюдении за прохождением планеты перед диском звезды.
TOI-6894 – звезда, чья масса равна 20% от массы Солнца. На данный момент это самое маломассивное светило, вокруг которого когда-либо была обнаружена планета-газовый гигант. Размер TOI-6894 составляет лишь 60% от размера следующей по массе звезды, имеющей газового гиганта на орбите.
Согласно утверждениям ученых, экзопланета TOI-6894b характеризуется низкой плотностью. Её радиус незначительно превышает радиус Сатурна, однако масса TOI-6894b составляет лишь половину массы Сатурна.
TOI-6894b представляет собой аномально холодный газовый гигант. Ученые обычно обнаруживают горячие юпитеры, которые являются газовыми гигантами. Температура этих объектов, как правило, находится в диапазоне от 700 до 2000 градусов Цельсия. Температура же TOI-6894b составляет всего 146 градусов.
«Находка этой экзопланеты стала для нас неожиданностью. Мы не предполагали, что планеты подобного типа могут формироваться вокруг звёзд с настолько низкой массой», — объяснил Брайант.
Команда Брайанта считает, что аккреционная теория не может объяснить процесс формирования TOI-6894b. Астрономы выдвинули две гипотезы, объясняющие это явление.
Первый вариант предполагает, что объект возник в результате постепенного процесса аккреции ядра, которое медленно накапливало газ. Ядро не достигло достаточных размеров, чтобы оперативно начать притягивать окружающий газ из диска. Планета увеличивалась в размерах благодаря равномерному поглощению вещества.
Согласно второй гипотезе, формирование TOI-6894b связано с нестабильностью протопланетного диска. В определенных ситуациях этот диск может стать слишком массивным, и собственные гравитационные силы приводят к его дестабилизации. В этих областях диск может «разорваться», фрагментироваться на крупные участки, где газ и пыль начинают сжиматься, формируя газового гиганта. Таким образом, планета возникает сразу из одного крупного фрагмента, отделившегося от протопланетного диска.
Брайант и его соавторы установили, что имеющиеся данные не позволяют ни одной из предложенных гипотез объяснить формирование TOI-6894b. Таким образом, происхождение этой экзопланеты-гиганта по-прежнему остается неразгаданной тайной.
Изучение атмосферы TOI-6894b может помочь раскрыть детали ее бурной истории. Определив состав атмосферы, ученые смогут узнать о размерах и структуре ядра планеты, что позволит выбрать наиболее вероятную из существующих гипотез. В течение следующего года для проведения такого детального анализа будет задействован космический телескоп «Джеймс Уэбб».
Научная работа опубликована в журнале Nature Astronomy.