Астрономы зафиксировали редкий «подростковый» этап планетной системы

В журнале Nature Astronomy опубликовано исследование системы TOI-2076 — редкий «снимок» планет в переходный момент. 

TOI-2076 примерно 200 миллионов лет. По космическим меркам это подросток. Система вращается вокруг молодой звезды класса K. Вокруг нее обращаются четыре субнептуна — миры крупнее Земли, но меньше Нептуна, которых в Солнечной системе нет. Их размеры составляют от 1,4 до 3,5 земных радиусов.

Орбитальный ритм, который сбивается

В очень молодых системах планеты часто выстраиваются в резонанс — их орбиты связаны строгими гравитационными ритмами. Это похоже на танец, где каждый шаг синхронизирован. В зрелых системах такая синхронность обычно исчезает.

TOI-2076 оказалась между этими состояниями. Данные спутника Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) и наземных телескопов показали, что планеты почти сохраняют прежнюю гармонию, но уже не находятся в точном резонансе. Они близки к нему, однако связь ослабевает.

«Мы показали, что планеты находятся близко друг к другу, но не связаны резонансами среднего движения, что делает систему динамически уязвимой. Проще говоря, танцоры начинают расходиться и теряют общий ритм», — отмечают авторы.

Когда звезда «сдувает» атмосферы

Их каменистые ядра схожи по массе, но газовые оболочки различаются радикально: ближайшая к звезде планета уже лишилась водородно-гелиевой атмосферы и выглядит как обнаженное ядро, а три другие сохраняют примерно 1 % и по 5 % своей массы в виде газа.

Картина выстраивается в четкую закономерность. Чем ближе планета к звезде, тем тоньше ее оболочка. Причина — фотоиспарение. Молодые звезды излучают мощные потоки высокоэнергетического света. Он нагревает верхние слои атмосферы до такой степени, что газ начинает уходить в космос. Особенно активно это происходит в первые сотни миллионов лет жизни системы.

Исследователи смоделировали ситуацию, предполагая, что все четыре планеты начинали с похожим запасом газа. Компьютерные расчеты показали, что именно излучение звезды способно постепенно «обточить» их оболочки до наблюдаемого состояния. Потеря массы слегка меняет гравитационные силы, а это, в свою очередь, нарушает прежнюю орбитальную синхронность.

«Наши наблюдения показывают, что перестройка орбит и атмосфер в компактных планетных системах начинается уже на ранних стадиях, и это дает реальную основу для моделей их дальнейшей эволюции. Видеть, как теория оживает и объясняет происходящее в реальном мире, действительно впечатляет», —  подчеркивают авторы.

Редкое окно в эволюцию

Подростковая фаза планет длится недолго по сравнению с миллиардолетней жизнью звезды. Поэтому такие системы почти не попадают в поле зрения астрономов. TOI-2076 стала связующим звеном между хаотичным рождением и спокойной зрелостью.

Пока это единичный пример. Чтобы понять, типичен ли такой сценарий для галактики, потребуются новые наблюдения систем схожего возраста. Но уже сейчас ясно: перестройка орбит и разрушение атмосфер идут рука об руку и начинаются гораздо раньше, чем считалось прежде.