Всесвіт регулярно кидає виклик усталеним законам астрофізики, відкриваючи об'єкти, існування яких, згідно з усіма канонами, здавалося б, неможливим. Виявлення екзопланет із критично низькою щільністю ставить під сумнів сучасні моделі формування планетних систем. Зокрема, у сузір'ї Летючої Риби було виявлено унікальний дует світів, чия структура більше нагадує цукрову вату, ніж звичні нам газові гіганти. Це відкриття розпочинає нову главу в дослідженні еволюції зоряних систем та визначенні фізичних меж щільності матерії у космосі.
Газові гіганти традиційно вважаються головними архітекторами своїх систем. Саме вони визначають остаточний вигляд планетних орбіт, перерозподіляють масу та часто вимітають зайве космічне сміття за межі системи, забезпечуючи її стабільність. Проте відкриття об'єктів з аномально низькою щільністю вносить серйозний розлад у стройні гіпотези вчених. До цього часу в каталогах значилося не більше сорока таких «пухнастих» планет, але дві нові знахідки стали абсолютними рекордсменами за легкістю.
Йдеться про систему TOI-791, розташовану на відстані приблизно 1110–1113 світлових років від Землі. Центральна зоря цієї родини — карлик спектрального класу F7, який за своїми характеристиками дуже близький до нашого Сонця. Саме навколо цього світила обертаються дві загадкові планети — TOI-791 b та TOI-791 c. За своїми габаритами вони зіставні з Юпітером, проте їхня маса виявляється мізерною порівняно з цим гігантом нашої системи.
Виявлення відбулося завдяки транзитному методу: космічна обсерваторія TESS фіксувала періодичні падіння яскравості зорі, коли планети проходили перед її диском. Аналіз даних і подальше моделювання виявили вражаючі цифри. Планета TOI-791 b майже ідентична Юпітеру за розміром, але має масу лише у 3% від юпітеріанської, що еквівалентно приблизно 9,5 масам Землі. Її напарниця, TOI-791 c, ще більша за Юпітер, проте її маса становить лише 5,9% від маси газового гіганта (близько 18,7 мас Землі).
У результаті середня щільність цих світів виявилася запредельно низькою: 0,038 г/см³ для TOI-791 b та 0,047 г/см³ для TOI-791 c. Для порівняння, щільність Юпітера в десятки разів вища, а показники нових екзопланет цілком зіставні зі щільністю цукрової вати або бавовни.
Особливий інтерес викликає не лише склад цих тіл, а й їхня орбітальна динаміка. Період обертання TOI-791 b становить 139 днів, а TOI-791 c — 232 дні. Для транзитних газових гігантів такі тривалі цикли створюють серйозні проблеми під час підтвердження, оскільки астрономам необхідно зафіксувати кілька проходжень планети перед зорею для верифікації даних.
Щоб зібрати достатній масив відомостей, TESS протягом семи років накопичив дані за 1122 дні спостережень. Важливу роль відіграли й наземні обсерваторії, зокрема антарктичний телескоп ASTEP на станції Конкордія. Специфіка полярної ночі дозволила вченим безперервно відстежувати транзити, які для цих планет тривають понад 11 годин, без розривів, спричинених настанням дня.
Визначення точних мас цих об'єктів стало можливим завдяки їхньому взаємному гравітаційному впливу. Перебуваючи на одній орбіті, планети впливають одна на одну, викликаючи незначні відхилення в моменти їхнього проходження перед диском зорі. Ці гравітаційні збурення (Transit Timing Variations) дозволили з високою точністю обчислити масу кожного тіла та підтвердити їхню неймовірну «пухкість».
Наразі основною робочою гіпотезою вважається наявність масивних воднево-гелієвих оболонок, які планети могли акумулювати в холодних областях протопланетного диска на ранніх етапах свого формування. Проте ця теорія потребує детальної перевірки. Очікується, що наступним етапом дослідження стане використання космічного телескопа «Джеймс Вебб», чиї можливості спектроскопії дозволять зазирнути в склад атмосфер цих ефемерних гігантів і зрозуміти, як саме природа створила настільки незвичайні світи.
Starfall прокладає шлях до орбітального виробництва
