Являются ли экзопланеты «сахарной ваты» низкой плотности на самом деле просто обычными планетами с кольцами?
Существует тип экзопланет, которые астрономы иногда называют планетами из сахарной ваты или супер-затяжками. Они загадочны, потому что их масса не соответствует их чрезвычайно большому радиусу. Эти две характеристики подразумевают планету с чрезвычайно низкой плотностью.
В нашей Солнечной системе нет ничего похожего на них, и найти их в далеких солнечных системах было непростой задачей. Теперь, возможно, это догадалась пара астрономов.
Астрономы - Энтони Пиро из Университета Карнеги и Шрейас Виссапрагада из Калифорнийского технологического института. Их статья озаглавлена « Изучение возможности объяснения супер-затяжек как кольцевых экзопланет . » Он опубликован в The Astronomical Journal.
«Мы начали думать, а что, если эти планеты совсем не такие воздушные, как сахарная вата», - сказал Пиро. пресс-релиз . «Что, если супер-затяжки кажутся такими большими, потому что на самом деле они окружены кольцами?»
Охотники за планетами нашли более 4000 подтвержденных экзопланет. При тщательном наблюдении астрономы могут ограничивать характеристики экзопланет, такие как плотность, масса, размер, и даже если они находятся в обитаемой зоне своей звезды. Но нет реального способа определить, есть ли у этих далеких объектов кольца.
Было бы удивительно, если бы этого не произошло. У всех газовых гигантов и ледяных гигантов в нашей Солнечной системе есть кольца, хотя легко различить только Сатурн.
Основная масса экзопланет открыта транзитным методом. Это включает в себя тщательное наблюдение за планетой, когда она проходит между своей звездой-хозяином и нами. Основываясь на крошечном падении звездного света, вызванном транзитом планеты, астрономы могут обнаружить планету. Это также то, как они определяют другие характеристики планеты, а также наблюдают, как звезда качается в ответ на движение планеты.
Но метод транзита не может сказать астрономам, есть ли на планете кольца. В ходе мысленного эксперимента астрономы задались вопросом, как планеты, подобные Сатурну, будут выглядеть для удаленного наблюдателя.
«Мы начали задаваться вопросом: если бы вы посмотрели на нас из далекого мира, вы бы узнали Сатурн как планету с кольцами или инопланетному астроному он показался бы пухлой планетой?» - спросила Виссапрагада.
Потрясающий вид на Сатурн с космического телескопа НАСА Хаббл. Как будет выглядеть Сатурн для удаленного наблюдателя, использующего метод транзита? Источники: NASA, ESA, A. Simon (GSFC), M.H. Вонг (Калифорнийский университет, Беркли) и команда OPAL
В своей статье исследователи говорят: «Полезным примером для рассмотрения является пример Сатурна: в среднем за сезон, если внешний наблюдатель измерил размер Сатурна в пути без учета колец, они недооценили бы его истинную плотность примерно в два раза».
Они построили этот мысленный эксперимент с реальным экспериментом или симуляцией. Исследователи смоделировали окруженную кольцами планету, проходящую перед Солнцем, и то, как она будет выглядеть для далекого астронома с помощью мощных инструментов наблюдения. Они также изучили типы материала в кольцах, которые могут повлиять на наблюдения.
Результаты были неоднозначными. Согласно их работе, кольца могут объяснить некоторые планеты из слоеных пластиков, но не все из них. В своей статье они говорят: «Мы обнаружили, что это объяснение работает для некоторых супер-затяжек, но для других оно вызывает трудности». Частично объяснение этих результатов включает в себя безликие спектры слоеных планет.
В своей статье авторы говорят: «Здесь мы рассматриваем, могут ли они иметь большой предполагаемый радиус, потому что они на самом деле окольцованы. Это, естественно, объясняет, почему суперпуфы до сих пор показывают только безликие транзитные спектры ». Обычно у экзопланеты есть спектр, но с кольцами его нет.
Авторы продолжают: «Мы обнаружили, что эта гипотеза может работать в некоторых случаях, но не во всех. Непосредственная близость суперпуфов к их родительским звездам требует создания колец скорее скалистого, чем ледяного состава ». Это, в свою очередь, ограничивает радиусы самих колец.
Представление художника об окольцованной планете, движущейся перед своей звездой. Кредит изображения: Робин Динель и любезно предоставлено Научным институтом Карнеги.
А ограничение на радиусы означает, что кольца могут объяснить некоторые планеты из слоеных пластин, но не все из них. Согласно статье, это «затрудняет объяснение большого размера Kepler 51b, 51c, 51d и 79d, если только кольца не состоят из пористого материала». Все три планеты Кеплер 51 являются слоями, и это три планеты с наименьшей известной плотностью. На самом деле, хотя все они - планеты размером с Юпитер, их масса всего в несколько раз больше, чем у Земли.
В пресс-релизе соавтор Пиро объяснил это следующим образом: «Эти планеты имеют тенденцию вращаться в непосредственной близости от своих звезд, а это означает, что кольца должны быть каменистыми, а не ледяными. Но радиусы скальных колец могут быть только такими большими, если только порода не очень пористая, поэтому не каждая супер-затяжка будет соответствовать этим ограничениям ».
Прохождение окольцованной планеты с той же площадью поверхности, что и Кеплер 18b, и полученные кривые блеска. На верхней панели показан пример изображений, рассматриваемых для расчетов транзита с планетой в семи различных положениях. Средняя панель показывает результирующий транзит (нормированный на звездный поток) с точками, соответствующими каждому положению планеты, показанному на верхней панели. Внизу показана разница между окольцованным транзитом и голой звездой с той же площадью покрытия. Кредит изображения: Пиро и Виссапрагада, 2020.
Материал, из которого состоит каменное кольцо, может быть только настолько плотным, что из него могут быть образованы кольца только определенного размера. Если он слишком плотный и слишком удален от планеты, вместо этого он объединится в спутники.
Пара исследователей говорит, что по крайней мере три наблюдаемые планеты из слоеного пластика, вероятно, можно объяснить кольцами: Kepler 87c и 177c, а также HIP 41378f. Кеплер 87c размером с Нептун, но всего в 6,4 раза массивнее Земли. Два других в их списке имеют такое же несоответствие между размером и массой.
К сожалению, как и многие другие проблемы в астрономии, у нас нет наблюдательных возможностей, чтобы выяснить, является ли это исследование точным. Наземные наблюдения приблизились к ярким целям, но звезды-хозяева известных слоеных планет слишком тусклые. (Единственное исключение - HIP 41278 f, который был объявлен как новая планета слоеного когда пара авторов завершала работу над этой статьей.) Также, как и в других вопросах в астрономии, мы должны дождаться, пока космический телескоп Джеймса Уэбба прольет некоторый свет на эту проблему. Ни один из существующих объектов наблюдения не может обнаружить кольца вокруг экзопланет.
Если у какой-либо из этих экзопланет будут обнаружены кольца, это будет важным событием. Я дам астрономам лучшее понимание того, как формировались планетные системы и как они развивались.
Более:
- Пресс-релиз: Что, если таинственные планеты из сахарной ваты на самом деле являются спортивными кольцами?
- Исследовательская работа: Изучение возможности объяснения супер-затяжек как кольцевых экзопланет
- Вселенная сегодня: Является ли «инопланетная мегаструктура» вокруг звезды Табби на самом деле кольчатым газовым гигантом?