Что такое «нормальная» солнечная система? Если бы мы думали, что у нас есть какая-то идея в прошлом, мы определенно нет. И новое исследование, проведенное астрономами в Кембриджском университете, подкрепило этот факт. Новое исследование обнаружило четыре газовые планеты-гиганты, похожие на наш собственный Юпитер и Сатурн, вращающиеся вокруг очень молодой звезды по имени CI Tau. И одна из планет имеет крайнюю орбиту, которая отводит ее от звезды более чем в тысячу раз дальше, чем самая внутренняя планета.
CI Тау находится на расстоянии около 500 световых лет в очень активной части галактики, названной «звездной детской». В возрасте всего 2 миллионов лет С.И. Тау - просто младенец в звездном плане. Нашему Солнцу около 5 миллиардов лет, и у него есть еще 5 миллиардов, чтобы идти, давать или брать. Поэтому CI Tau слишком молод, чтобы иметь тот тип газовых гигантов, который у него есть. Или так мы думали.
Наша лучшая модель формирования солнечной системы называется небулярной гипотезой и выглядит примерно так: вихревое облако газа и пыли растет и набирает плотность, пока не превратится в звезду и не начнется слияние. Вокруг этой недавно сформированной звезды остаток газа и пыли продолжает циркулировать как протопланетный диск. Со временем это вещество слипается и образует другие планеты, луны и астероиды, и протопланетного диска больше нет. Это очень краткое описание того, как идут дела.
Но этот процесс формирования планеты, как полагают, занимает много времени, гораздо больше, чем 2 миллиона лет. Звезда, подобная нашему Солнцу, может образоваться всего за 1 миллион лет, но для образования газовых планет требуется от 10 до 100 миллионов лет, а планетам земного типа - еще больше.
«Предполагается, что планеты масс Сатурна формируются путем накопления твердого ядра, а затем вытягивания слоя газа сверху, но эти процессы должны быть очень медленными на больших расстояниях от звезды. Большинство моделей будут изо всех сил пытаться сделать планеты этой массы на таком расстоянии ». - Ведущий автор исследования, профессор Кэти Кларк, Институт астрономии Кембриджского университета.
Это не первый случай, когда CI Tau попался на глаза астрономам. В 2016 году астрономы обнаружили горячий Юпитер, вращающийся вокруг звезды. Это сделало его первой звездой своего молодого возраста, у которой был один из этих горячих газовых гигантов. Горячий Юпитер - это газовый гигант в том же диапазоне масс, что и наш собственный Юпитер, но тот, который вращается так близко к своей звезде, что он очень горячий. Горячий Юпитер озадачивает, потому что мы не понимаем, как они могут образовываться «на месте» или так близко к звезде. Астрономы считают, что эти типы планет образуются дальше от звезды и мигрируют. Как это могло произойти всего за 2 миллиона лет?
В этом новом исследовании команда исследователей во главе с Кембриджским университетом снова обратила свой взгляд на К.И. Тау. Они использовали Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) для поиска в системе CI Tau братьев и сестер на горячем Юпитере. То, что они обнаружили, только усилило тайну системы. Они обнаружили 3 других газовых гиганта, вращающихся вокруг звезды, и один из них следует по обширной орбите в тысячу раз дальше от звезды, чем самая внутренняя планета, упомянутый выше горячий Юпитер. Согласно статье, это «... самый массивный ансамбль экзопланет, когда-либо обнаруженных в этом возрасте». Итак, что же все это значит?
«В настоящее время невозможно сказать, распространена ли экстремальная планетарная архитектура, наблюдаемая в CI Tau, в системах горячего Юпитера…» - профессор Кэти Кларк, Институт астрономии Кембриджского университета.
Пока мы не уверены. Около 1% звезд принимают горячие Юпитеры, но большинство известных горячих Юпитеров в сотни раз старше CI Tau. Поскольку, насколько нам известно, планеты не могут образовываться раньше, чем звезда, как астрономы могут объяснить, что произошло в этой системе?
«В настоящее время невозможно сказать, является ли экстремальная планетарная архитектура, наблюдаемая в CI Tau, распространенной в горячих системах Юпитера, потому что способ, которым эти планеты-братья были обнаружены - благодаря их воздействию на протопланетный диск - не будет работать в старых системах, которые больше не имеют протопланетный диск », - сказала профессор Кэти Кларк из Кембриджского института астрономии, первого автора исследования.
Здесь достаточно вопросов, чтобы команда астрономов была занята на протяжении всей своей карьеры. По словам исследователей, неясно, какую роль, если таковые имеются, планеты-братья сыграли в продвижении самой внутренней планеты на ее ультра-близкую орбиту. Также неясно, может ли какой-либо механизм в этой системе играть тот же механизм, который вызывает горячие Юпитеры в целом. И еще одна загадка в том, как сформировались две внешние планеты.
«Модели формирования планет, как правило, фокусируются на способности создавать типы планет, которые уже наблюдались, поэтому новые открытия не обязательно соответствуют моделям», - сказал Кларк. «Предполагается, что планеты масс Сатурна формируются путем накопления твердого ядра, а затем вытягивания слоя газа сверху, но эти процессы должны быть очень медленными на больших расстояниях от звезды. Большинство моделей будут изо всех сил пытаться сделать планеты этой массы на таком расстоянии ».
Это, конечно, то, что делает науку такой убедительной и эффективной. Астрономы наблюдают за чем-то и создают модель, чтобы объяснить это. Затем они продолжают наблюдать, и некоторые открытия усиливают модель, а некоторые оспаривают ее. Таким образом, модель постоянно обновляется и со временем реально представляет все большую и большую выборку наблюдений.
Астрономы будут продолжать изучать эту систему, чтобы попытаться разгадать некоторые из этих загадок. ALMA произвела революцию в изучении протопланетных дисков, и будущая работа, без сомнения, снова будет сильно зависеть от ALMA. Он обладает способностью отображать планеты, образующиеся внутри протопланетных дисков, которые являются тусклыми, плохо освещенными местами, в которые очень трудно попасть.
Будьте готовы удивляться тому, что видит ALMA. Снова.
- Пресс-релиз Кембриджского университета: «Гигантские планеты вокруг молодой звезды поднимают вопросы о том, как образуются планеты»
- Исследовательская работа: «Миллиметровая визуализация высокого разрешения протопланетного диска CI Tau: массивный ансамбль протопланет от 0,1 до 100 а.е.»
- Пресс-релиз университета Райса: «Астрономы находят гигантскую планету вокруг очень молодой звезды»
- Страница Википедии: Небулярная гипотеза
