Астрономите са открили екзопланета със силно издължена орбита, която изпитва диви температурни колебания - и може би се превръща в друг вид свят.

Екзопланетата, наречена TIC 241249530 b, обикаля около звезда на около 1 100 светлинни години от Земята. Звездата е част от двойка, така че планетата обикаля около основната звезда, а основната звезда - около вторична такава. Взаимодействието между двете звезди, които имат неправилна орбита, може да е причина тази планета да се превърне в „горещ Юпитер“, съобщават астрономите в изследване, публикувано в сряда в списание Nature.

Учените са открили повече от 5600 потвърдени екзопланети (такива, които се намират извън Слънчевата система), като 300 до 500 от тях са „горещи Юпитери“. Тези планети са масивни газообразни тела, подобни на Юпитер, които обикалят плътно около своите звезди-домакини, което ги нагрява до огромни температури. Но докато на Юпитер му отнема 4000 земни дни, за да завърти една обиколка около Слънцето, „горещите Юпитери“ завъртат една обиколка на всеки няколко дни.

Учените смятат, че големите планети започват да обикалят около звездите си от разстояние, но с течение на времето се приближават. Те обаче отдавна се питат как масивните светове се оказват на такива тесни орбити, които са много по-близо до звездите им, отколкото Меркурий до нашето Слънце.

Наблюденията на TIC 241249530 b, заснети за пръв път от спътника на НАСА за откриване на планети TESS през януари 2020 г., предлагат редки, откривателски прозрения за това, което може да е планета напът да се превърне в „горещ Юпитер“.

„Повече от две десетилетия астрономите търсят екзопланети, които вероятно са предшественици на „горещи Юпитери“ или са междинни продукти на процеса на миграция, така че бях много изненадан - и развълнуван - да открия такава“, казва в изявление водещият автор на изследването Арвинд Гупта, постдокторант от NOIRLab, който открива планетата като докторант в Пенсилвания, цитиран от CNN.

"Джеймс Уеб" откри планета с диаметър, 99% сходен с този на Земята

Откриване на променящия се свят

На 12 януари 2020 г. спътникът за изследване на транзитни екзопланети събира данни, които подсказват, че нещо преминава пред звездата домакин TIC 241249530. TESS следи яркостта на близките звезди, за да търси спадове в тяхната светлина, които могат да показват наличието на екзопланети.

Гупта и колегите му проследяват данните и установяват, че пред звездата преминава планета с размерите на Юпитер. След това те правят измервания с помощта на инструментите на 3,5-метровия телескоп WIYN в Kitt Peak National Observatory в Аризона, за да определят радиалната скорост на звездата, или колко силно тя се колебае напред-назад, тъй като гравитацията на планетата я привлича. Данните за радиалната скорост също потвърждават наличието на планета и помагат на изследователите да изяснят, че тя е около пет пъти по-масивна от Юпитер и има така наречената от астрономите силно ексцентрична орбита.

Терминът „ексцентрична“ обозначаване формата на орбитата на дадена планета по скала от нула до едно. Нулата се равнява на идеално кръгла орбита. В нашата Слънчева система Земята има ексцентрицитет от 0,02, докато силно овалната форма на орбитата на Плутон около Слънцето се смята за 0,25.

Според изследователите новооткритата екзопланета има ексцентрицитет от 0,94, което говори за по-продълговато орбита от всяка друга транзитна екзопланета, която астрономите са откривали досега. Затова на странния свят са необходими около шест месеца, за да завърши една обиколка около звездата-домакин, като се приближава изключително близо до нея, преди да се отклони широко и след това да се върне на тясна, овална орбита, подобна на краставица.

„Уловихме тази масивна планета да прави остър завой по време на близкото си преминаване до звездата си“, обяснява съавторът на изследването Суврат Махадеван, професор по астрономия в пенсилванския университет Verne M. Willaman. „Такива силно ексцентрични транзитиращи планети се срещат изключително рядко - и е наистина невероятно, че успяхме да открием най-ексцентричната от тях.“

Юпитер е хищникът на Слънчевата система

Планетата се намира само на 5 милиона километра от своята звезда, което е повече от 10 пъти по-близо, отколкото Меркурий до Слънцето. За справка, Меркурий се намира на средно разстояние от 58 милиона километра от Слънцето, според НАСА.

Екстремната орбита причинява „огромни температурни колебания“ през годината на планетата, казва съавторът на изследването Джейсън Райт, професор по астрономия и астрофизика в пенсилванския университет Verne M. Willaman.

„Температурата на върховете на облаците става достатъчно гореща, за да разтопи титан през няколкото дни“, казва Райт. „През по-голямата част от орбитата си тя е по-далеч и в най-отдалечената си точка дневната температура по върховете на облаците е като в топъл летен ден на Земята.“

Изследователският екип също така открива, че планетата се движи в обратна посока в сравнение с въртенето на звездата си - рядко явление, което не е наблюдавано при повечето екзопланети и не се случва в нашата Слънчева система. Всички наблюдавани особености на TIC 241249530 b помагат на астрономите да разберат как се е формирала планетата.

„Въпреки че не можем да натиснем копчето за превъртане назад и да наблюдаваме процеса на миграция на планетите в реално време, тази екзопланета служи като своеобразна снимка на процеса“, казва Гупта. „Такива планети са трудни за откриване и се надяваме, че тя може да ни помогне да разгадаем историята на формирането на „горещите Юпитери.“

Танц на орбитите

Екипът провежда симулации, за да определи как планетата може да се е озовала на такава необичайна орбита, както и как може да еволюира с течение на времето. Симулациите включват моделиране на гравитационните взаимодействия между TIC 241249530 b и нейната звезда-домакин, както и на вторичната звезда.

Изследователският екип смята, че планетата вероятно се е формирала далеч от звездата-домакин и е започнала да се движи по широка, кръгова орбита, подобна на тази на Юпитер. Но звездата-домакин има неправилна орбита спрямо втората звезда, което е упражнило гравитационни сили върху планетата и е разтегнало нейната соствена траектория на движение.

Китай ще търси двойници на Земята извън Слънчевата система

„В продължение на много завъртания гравитационното влияние на тази външна звезда е променила орбитата на TIC 241249530 b, правейки я все по-издължена“, смята Райт.

При всяко преминаване на планетата през звездата-домакин нейната орбита губи енергия, така че астрономите смятат, че след стотици милиони години тя ще се свие и стабилизира, за да може планетата да обикаля за няколко дни, а не за 167-те, които са ѝ нужни сега.

„Тогава планетата ще се превърне в истински „горещ Юпитер“, казва съавторът на изследването Сара Милхоланд, доцент по физика в Kavli Institute for Astrophysics and Space Research към Massachusetts Institute of Technology. „Това е доста екстремен процес, тъй като промените в орбитата на планетата са огромни. Това е голям танц на орбитите, който се случва в продължение на милиарди години, а планетата просто се придвижва.“

„Горещи Юпитери“

Преди TIC 241249530 b единственият друг известен ранен „горещ Юпитер“ е екзопланета, наречена HD 80606 b, открита през 2001 г. До неотдавнашното откритие HD 80606 b тя се смяташе за планетата с най-ексцентрична орбита.

HD 80606 b има ексцентрицитет 0,93 и по-кратка орбита от 111 дни, като обикаля в същата посока на своята звезда. Но иначе планетите са практически близнаци, казва Райт и добавя:

„Откриването на две планети на такъв кратък етап от еволюцията на планетарните орбити е като да се натъкнеш на пеперуда в момента, в който се отваря нейната какавида“.

Откриването на втори предшественик на „горещ Юпитер“ помага на астрономите да потвърдят идеята, че газовите гиганти с голяма маса се превръщат в „горещи Юпитери“, когато преминават от ексцентрични към кръгови орбити, казват изследователите. Екипът се надява да наблюдава TIC 241249530 b с космическия телескоп „Джеймс Уеб“, за да разкрие динамиката на атмосферата ѝ и да види как тя реагира на такова бързо нагряване. Продължава и търсенето на още такива планети, които се превръщат в „горещи Юпитери“.

„Тази система подчертава колко невероятно разнообразни могат да бъдат екзопланетите“, казва Милхоланд. „Те са мистериозни други светове, които могат да имат диви орбити, разказващи история за това как са стигнали дотук и накъде отиват. Тази планета все още не е завършила пътуването си“.