Найденая самая молодая экзопланета не подошла сценариям планетообразования

Пара находится в звездной колыбели — молекулярном облаке Тельца, что указывает на возраст системы не более 2,5 миллиона лет. Звезда массой всего в 0,18 солнечных стала обладательницей экзопланеты массой в 3−4 масс Юпитера, масса и небольшой возраст которой не вписывается в известные сценарии планетообразования. Исследование приняли к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а пока доступен его препринт на arXiv. Зарю 2M0437 заметили еще 2017 с помощью телескопов «Спитцер» и «Кеплер», а уже 2018 с помощью телескопа Субару, астрономы нашли три тусклых объекты в ее окрестностях. Это еще горячая звезда-карлик М-типа, температурой до трех тысяч кельвинов, которая, учитывая ее положение и движение, относится к молекулярному облаку Тельца. Это ближайшая к Солнцу так называемая звездная колыбель, где в молекулярных облаках рождаются звезды (более о звездных колыбелях мы рассказывали в наших карточках «Как долго живут звезды?»). Один из этих источников излучения, 2M0437b, стал кандидатом в спутники — вероятно привязан к звезде и вероятно с массой супер юпитера (от 1 до 13 масс Юпитера).

M-карлики — популярные звезды для исследования экзопланет, ведь благодаря их небольшим размерам намного легче получить более точные данные наблюдений. И некоторые планеты-гиганты широких орбитах вокруг молодых звезд можно увидеть непосредственно, ведь они сами по себе выдают излучения и довольно яркие по сравнению с родительской звездой, в инфракрасном диапазоне волн. Благодаря этому можно расширить исследования экзопланет за пределами нескольких астрономических единиц, прибегая к методу лучевых скоростей. Прямые наблюдения за планетами-гигантами помогут проверить модели их образования: например, аккреция ядра, или наоборот, фрагментация диска или термодинамический «горячий старт» против «холодного старта».

А также их исследование поможет уточнить состав звездных протопланетных дисков. Эволюция планет-гигантов в системах помогает понять их эволюцию в целом, ведь они имеют значительное гравитационное воздействие и потенциально ответственны за деформацию протопланетных дисков. Например, недавно мы рассказывали, как прото-Юпитер смог разделить протопланетный диск в прошлом Солнца пополам и создать щель между внутренней и внешней областями Солнечной системы, благодаря чему Земля похожа на Марс больше, чем некоторые астероиды между собой.

Молекулярная облако Тельца достаточно неоднородно, но, впрочем, структуризировано, поэтому астрономы выделяют в нем восемь «молодых групп» звезд возрастом примерно в 2−4 миллиона лет, а также 14 старших групп звезд в возрасте от 8 до 11000000 лет. Заря 2M0437 по металличности и светимости попала в группу «молодых», а по радиусу в 0,84 солнечных похожа на сильно раздутого красного карлика М-типа, который готовится попасть на главную последовательность (более о главной последовательность в жизни звезд мы также рассказывали в материале «Как долго живут звезды?»). 2M0437 также оказалась одинокой — в 13 астрономических единиц для нее не нашлось ни одного спутника с пригодной для горения дейтерия массой.

Астрономы наблюдали за этой системой около трех лет, прежде чем установить, что кандидат в экзопланеты движется вместе со звездой, находясь на широкой орбите вокруг нее. По светимости ученые оценили его температуру в 1400—1500 кельвинов и массу в 3−4 масс Юпитера. Поскольку это ниже черты горения дейтерия, гораздо более вероятно, что 2M0437b, является именно газовой планетой, а не коричневым карликом.

Дело в том, что по существующим сценариям планетообразования, 2M0437b слишком молода для того, чтобы набрать себе такую массу, или слишком массивная, чтобы быть настолько молодой. Только четыре известные планеты имеют номинальные массы, сравнимые или меньше, чем 2M0437b, и все они старше. PDS 70 b и c вращаются вокруг звезды возрастом пять миллионов лет в звездной ассоциации Скорпиона-Центавра, 51 Eri b нашли у звезды возрастом в 23 миллионов лет, а родительской звезде HD 95086b все 13000000 лет. Причем звезды в этих планет гораздо массивнее той, что досталась 2M0437b. Открытие супер-Юпитера вокруг очень молодой звезды с очень низкой массой ставит под сомнение модели формирования планет за счет аккреции ядра (требует времени) или за счет нестабильности диска (что требует массы).

Однако 2M0437b может быть еще моложе, чем предполагают астрономы в этой работе. Ученые считают, что около половины всех мало массивных звезд в молекулярном облаке Тельца не имеют протопланетных дисков, а значит время их полной аккреции и рассеивания тоже меньше — примерно полмиллиона лет. И поэтому наблюдаемая астрономами масса может говорить о том, что найденный супер юпитер, если он действительно образовался с диска своей 2M0437, и привлек на себя большую часть его массы.

Перевод материала nauka.ua