Как правило, планеты вращаются вокруг звезд в том же направлении, что и само светило. Однако существуют исключения, которые побуждают астрономов к выяснению причин обратного движения некоторых планет.

Планеты формируются из газа и пыли, составляющих протопланетный диск, и обычно наследуют направление его вращения. Тем не менее, со временем гравитационные взаимодействия могут изменить эту закономерность и привести к тому, что планета окажется на ретроградной орбите. Примером такого объекта является горячий Юпитер WASP-17b, чья ретроградная орбита была установлена еще в 2010 году.

Группа исследователей под руководством Янна Картере (Yann Carteret) из Женевского университета (Швейцария) провела изучение системы красного карлика GJ 3090. Вокруг него вращаются несколько планет, включая GJ 3090b — субнептун, то есть планета с плотной газовой оболочкой, размеры которой меньше Нептуна: ее радиус составляет 2,18 радиуса Земли, а масса – 4,52 земной массы. Продолжительность года на этой планете равна всего 2,9 суткам.

В ходе наблюдений за прохождением GJ 3090b по диску звезды было зарегистрировано шесть транзитов с использованием спектрографа NIRPS, установленного на телескопе Европейской южной обсерватории в Чили. Дополнительные наблюдения четырех транзитов были проведены при помощи другого спектрографа HARPS. В результате исследователи собрали около 200 спектров за приблизительно 23 часа наблюдений.

Эти данные затем проанализировали с помощью эффекта Росситера — Маклафлина. В процессе прохождения перед звездой, планета периодически перекрывает различные ее области, что приводит к незначительным колебаниям в спектральных линиях звезды. Анализ этих изменений позволяет установить ориентацию орбиты планеты относительно оси вращения звезды.

Проведенные вычисления указывают на значительный наклон орбиты GJ 3090b по отношению к направлению вращения звезды: угол между этими направлениями составляет приблизительно 136 градусов. Это свидетельствует о том, что субнептун движется по ретроградной орбите – в направлении, противоположном вращению звезды. Данный феномен является первым зафиксированным примером подобной планеты у красного карлика, а также самой малой планетой, для которой удалось точно установить угол между ее орбитой и осью вращения звезды.

Необычные конфигурации орбит нередко объясняются гравитационным воздействием массивных объектов. Например, крупная планета или звезда-компаньон могут постепенно изменять траекторию движения и даже заставить планету двигаться в обратном направлении. В связи с этим ученые проводили поиски подобных тел в системе GJ 3090 посредством измерения радиальных скоростей, анализа данных, полученных от Gaia, и наблюдений с высоким угловым разрешением.

Несмотря на усилия, поиск подходящего объекта оказался безрезультатным. Кроме того, GJ 3090 стала первой идентифицированной многопланетной системой с ретроградным миром, где не было зафиксировано ни крупной внешней планеты, ни удаленной звезды-спутника. В связи с этим, авторы исследования посчитали сценарий гравитационного «переворота» маловероятным и выдвинули альтернативную гипотезу.

По мнению исследователей, аномальная орбита GJ 3090b могла сформироваться на ранних этапах эволюции системы. Красный карлик мог аккумулировать дополнительное вещество, из которого вокруг него образовался новый протопланетный диск, расположенный под значительным углом к оси вращения звезды. В этом диске, вероятно, возникли планеты системы, которые впоследствии приблизились к звезде, сохранив первоначальную ориентацию своих орбит.

Тем не менее, нельзя полностью отвергать и более необычный, на данный момент чисто теоретический вариант развития событий. Ранее коллеги рассматривали возможность захвата звездой планеты, свободно перемещающейся в космическом пространстве, что могло бы привести к формированию ретроградной орбиты.

Если предположения ученых подтверждаются, то GJ 3090b вращается против направления движения с момента своего возникновения. Это указывает на то, что данная система может служить одним из наиболее ярких примеров существования протопланетных дисков второго поколения – структур, формирующихся в результате поступления дополнительного вещества к уже существующей звезде.

Предложенное объяснение также подразумевает, что остальные планеты системы GJ 3090 должны располагаться примерно на одной плоскости с ретроградным субнептуном. Более точное определение ориентации их орбит станет возможным благодаря дальнейшим астрономическим наблюдениям. О результатах научной работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.