Существует тип экзопланеты, который астрономы иногда называют планетами из сладкой ваты или супер-пухом. Они загадочны, потому что их массы не совпадают с их чрезвычайно большими радиусами. Эти две характеристики подразумевают планету с чрезвычайно низкой плотностью.
В нашей Солнечной системе нет ничего похожего на них, и их нахождение в далеких солнечных системах вызывает недоумение. Теперь пара астрономов могла бы это понять.
Астрономами являются Энтони Пиро из Университета Карнеги и Shreyas Vissapragada в Калтехе. Их статья называется «Изучение возможности объяснения супер-затяжек как кольчатых экзопланет». Он опубликован в Астрономическом журнале.
«Мы начали думать, что если эти планеты вообще не воздушные, как сладкая вата», - сказал Пиро в пресс-релизе. «Что делать, если супер-пуфы кажутся такими большими, потому что они на самом деле окружены кольцами?»
Охотники за планетами обнаружили более 4000 подтвержденных экзопланет. При тщательном наблюдении астрономы могут ограничить характеристики экзопланеты, такие как плотность, масса, размер, и даже если они находятся в обитаемой зоне своей звезды. Но нет никакого реального способа определить, есть ли у этих отдаленных объектов кольца.
Было бы удивительно, если бы никто не сделал. Все газовые гиганты и ледяные гиганты в нашей Солнечной системе имеют кольца, хотя легко различимы только Сатурн.
Большая часть экзопланет обнаружена методом транзита. Это включает в себя тщательное наблюдение за планетой, проходящей между ее главной звездой и нами. Основываясь на крошечном падении звездного света на транзитные причины планеты, астрономы могут обнаружить планету. Кроме того, 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 мыслительном эксперименте астрономы задавались вопросом, как планеты, подобные Сатурну, будут выглядеть отдаленным наблюдателем.
«Мы начали задаваться вопросом, если бы вы оглянулись на нас из далекого мира, узнаете ли вы Сатурн как планету с кольцами или это будет пухлая планета для инопланетного астронома?» Спросил Виссапрагада.
В своей статье исследователи говорят: «Полезный пример для рассмотрения - это Сатурн: в среднем за сезон, если бы внешний наблюдатель измерял размер Сатурна в пути без учета колец, они бы недооценили его истинную плотность примерно в два раза».
Они построили на этом мысленном эксперименте реальный эксперимент или симуляцию. Исследователи моделировали кольцевую планету, проходящую перед Солнцем, и то, на что это было бы похоже отдаленному астроному с помощью мощных инструментов наблюдения. Они также изучили типы материалов в кольцах, которые повлияют на наблюдения.
Результаты были смешанными. В соответствии с их работой, кольца могут объяснить некоторые планеты, но не все. В их статье они говорят: «Мы находим, что это объяснение работает для одних из супер-затяжек, но для других оно испытывает трудности». Часть объяснения этих результатов включает в себя безликие спектры слоеных планет.
В своей статье авторы говорят: «Здесь мы рассматриваем, могут ли они <планеты-пуфы> иметь большие предполагаемые радиусы, потому что они на самом деле окружены. Это, естественно, объясняет, почему супер-пуфы пока показывают только безликие транзитные спектры ». Обычно у экзопланеты будут спектры, но с кольцами их нет.
Авторы продолжают: «Мы находим, что эта гипотеза может работать в некоторых случаях, но не во всех. Непосредственная близость супер-затяжек к их родительским звездам требует колец с каменистой, а не ледяной композицией ». Это, в свою очередь, накладывает ограничение на радиусы самих колец.
А ограничение по радиусам означает, что кольца могут объяснить некоторые планеты, но не все. Согласно статье, это «затрудняет объяснение большого размера Kepler 51b, 51c, 51d и 79d, если кольца не состоят из пористого материала». Три планеты Kepler 51 - это планеты со слоеным слоем, и это три с наименьшей из известных плотностей. На самом деле, хотя они все планеты размером с Юпитер, их массы лишь в несколько раз превышают массы Земли.
В пресс-релизе соавтор Пиро объяснил это следующим образом: «Эти планеты имеют тенденцию вращаться по орбите в непосредственной близости от своих принимающих звезд, а это означает, что кольца должны быть скорее скалистыми, чем ледяными. Но радиусы скалистых колец могут быть такими большими, если только камень не очень пористый, поэтому не каждый супер-слой будет соответствовать этим ограничениям ».
Материал, из которого состоит скалистое кольцо, может быть только настолько плотным, и может составлять только кольца определенного размера. Если он слишком плотный и слишком далеко от планеты, он вместо этого объединится в спутники.
Пара исследователей говорит, что, по крайней мере, три наблюдаемые планеты затяжек можно объяснить кольцами: Kepler 87c и 177c, а также HIP 41378f. Кеплер 87с такой же большой, как Нептун, но массой Земли примерно в 6,4 раза. Два других в их списке имеют аналогичное расхождение между размером и массой.
К сожалению, как и многие другие вопросы астрономии, у нас нет возможности наблюдать, насколько это исследование является точным. Наземные наблюдения приблизились к ярким целям, но звезды-хозяева для известных планетных планет слишком тусклые. (Единственное исключение - HIP 41278 f, который был объявлен новой планетой затяжек, когда пара авторов заканчивала работу над этой статьей.) Также, как и другие вопросы в астрономии, мы должны подождать, пока космический телескоп Джеймса Вебба пролил свет на проблема. Ни одно из существующих средств наблюдения не способно обнаружить кольца вокруг экзопланет.
Если на какой-либо из этих экзопланет будут подтверждены кольца, это будет важным событием. Я дам астрономам гораздо лучшее понимание того, как формировались планетные системы и как они развивались.
Больше:
- Пресс-релиз: Что, если загадочные планеты «Сладкая вата» на самом деле являются спортивными кольцами?
- Исследовательская статья: Изучение возможности объяснения супер-затяжек в виде кольчатых экзопланет
- Космический журнал: Является ли «чужеродная мегаструктура» вокруг звезды Тэбби фактически газовым гигантом?
