Горячий юпитер нашел себе пару: как две планеты мигрировали к звезде, «держась за руки»

Это единственная система в своем роде, говорят астрофизики

Удаленная экзопланета типа «горячий юпитер» отказалась от типичной для таких миров одиночной жизни в пользу «общения» с другой планетой — и теперь астрономы считают, что знают, почему.

Что такое горячий юпитер в астрономии

Горячие юпитеры — это раскаленные газовые гиганты, которые вращаются на чрезвычайно близком расстоянии от своей звезды. Однако формируются они очень далеко от звезды, а затем мигрируют к ней поближе.

Во время этого путешествия горячие юпитеры обычно отталкивают любые другие планеты, встречающиеся на их пути. Горячие юпитеры также, как правило, не имеют планет-компаньонов внутри своих орбит, поскольку они настолько массивны, что сильнейшая гравитация выбрасывает любые объекты вовне.

Однако горячий юпитер TOI-1130c из звездной системы TOI-1130, расположенной на расстоянии 190 световых лет от Солнечной системы, похоже, путешествовал не в одиночку — он взял себе в компаньоны меньшую по размеру планету, и они мигрировали к своей звезде вместе.

Международной группе астрономов, статья которой опубликована в The Astrophysical Journal Letters, удалось найти ответ на вопрос, как такая уникальная «дружба» между горячим юпитером и его планетой-спутником оказалась возможна.

С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» исследователи изучили компаньона горячего юпитера, который, как выяснилось, представляет собой планету типа мини-нептун, в три с половиной раза превышающую диаметр Земли. Она получила наименование TOI-1130b.

Наблюдая за системой во время прохождения мини-нептуна перед своей звездой, ученые установили, что планета-компаньон обладает «тяжелой» атмосферой, насыщенной водяным паром, углекислым газом, диоксидом серы и метаном. (В этом контексте «тяжелая» означает «тяжелее водорода и гелия» — элементов, которые, как ожидалось, должны были бы преобладать в атмосфере, если бы мини-нептун образовался вблизи своей звезды.)

Судя по всему, мини-нептун, как и горячий юпитер, сформировался за «линией замерзания», то есть на том расстоянии в протопланетном диске, где температура была достаточно низкой для того, чтобы вода была льдом, а не жидкостью или паром.

Мини-нептун выжил, а не был вытеснен с пути наступающим раскаленным «горячим юпитером», потому что они метафорически «держались за руки», мигрируя вместе, прежде чем окончательно обосноваться на своих нынешних орбитах, где они скреплены между собой гравитационным резонансом.

Гравитационный резонанс — это явление, при котором два небесных тела, вращающиеся вокруг общей звезды, периодически притягиваются друг к другу из-за того, что периоды их обращения соотносятся как небольшие целые числа.

На своей нынешней орбите планета TOI-1130b, температура поверхности которой составляет +550 °C, каждые четыре дня совершает оборот вокруг звезды, находясь от нее на расстоянии 6,8 миллиона километров.

А ее более крупный «товарищ», TOI-1130c, температура поверхности которого составляет +500 °C, совершает оборот вокруг звезды каждые восемь дней на расстоянии 10,9 миллиона километров.

Другими словами, планеты находятся в гравитационном резонансе 2:1, в котором мини-нептун совершает два оборота за каждый оборот горячего юпитера.

«Эта система представляет собой одну из самых редких архитектур, когда-либо обнаруженных астрономами», — подытожил ведущий автор исследования Саугата Барат из Массачусетского технологического института.

«Наблюдения за TOI-1130b впервые указывают на то, что подобные мини-нептуны, образующиеся за пределами границ раздела вода/лед, действительно существуют в природе».

Саугата Барат

астроном, специалист по молодым планетам, постдок

Но это не самый необычный из горячих юпитеров — астрономам знакома подобная планета в форме яйца.