Эта планета пережила смертный приговор – и астрономы не знают, как

По общему мнению, эта планета не должна существовать, показывает новое международное исследование, соавтором которого является Университет Нового Южного Уэльса в Сиднее.

Звезды склонны проявлять жестокость, когда собираются умереть.

Возьмем, к примеру, наше Солнце: примерно через 5 миллиардов лет, исчерпав водород, оно станет нестабильным и начнет разрушаться изнутри.

Затем он расширится, поглотив любую планету, которая окажется на орбите поблизости – Меркурий, Венеру и, возможно, даже Землю – прежде чем превратиться в меньшую, более холодную и постоянно угасающую версию своего прежнего «я», теперь одинокую на планетарном кладбище свое собственное производство.

Ни одна близлежащая планета не сможет пережить этот процесс – по крайней мере, так мы думали.

Новое международное исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature , подтвердило существование планеты на расстоянии более 500 световых лет от нас, которая, похоже, вопреки всему пережила это смертельное расширение.

Эта планета, 8 Малой Медведицы b , также известная как 8 UMi b или «Халла», вращается вблизи своей умирающей звезды красного гиганта, в пределах зоны, которая была бы стерта с лица земли во время фазы расширения звезды.

«Эта планета не должна существовать», — говорит доктор Бен Монтет, старший преподаватель Scientia в Университете Нового Южного Уэльса и соавтор статьи.

— Его должна была проглотить его звезда.

Астрономы знали о Халле с 2015 года, когда исследование с использованием метода лучевых скоростей – метода, который анализирует небольшое гравитационное притяжение, которое планета может оказывать на свою звезду – предположило, что планета вращается вокруг звезды под названием 8 Малой Медведицы (также известной как 8 UMi или «Пэкду»).

Новое исследование, проведенное Гавайским университетом и в соавторстве с UNSW, подтверждает это открытие, показывая, что 93-дневная, почти круглая орбита Халлы оставалась стабильной более десяти лет. Эти результаты были основаны на наблюдениях, сделанных с помощью канадско-французско-гавайского телескопа и обсерватории WM Keck, двух телескопов на Маунакеа, действующем вулкане на Гавайях, в течение 2021-2022 годов.

Команда также использовала астеросейсмологию – то есть изучение колебаний звезды для раскрытия ее внутренних свойств – чтобы показать, что звезда Пэкду сжигает гелий в своем ядре: фаза, которой красные гиганты достигают только после того, как они раздулись и сгорели поблизости. планеты.

Это делает Халлу единственной известной нам планетой, вращающейся вокруг звезды на поздней стадии жизни.

«Тот факт, что Халле удалось сохраниться в непосредственной близости от гигантской звезды, которая в противном случае поглотила бы ее, подчеркивает, что планета необычайно выжила», — говорит ведущий автор доктор Марк Хон, научный сотрудник НАСА Хаббла из Гавайского университета. Институт астрономии (IfA). Доктор Хон ранее работал в UNSW, где он защитил докторскую диссертацию и преподавал в Школе физики.

Результаты заставили команду задать больше вопросов. Нарушает ли планета все, что мы знали о звездно-планетной эволюции?

Или может быть другая, столь же причудливая причина его выживания?

В одном сценарии выживания Халла вообще не подвергалась опасности просто потому, что она еще не существовала – вместо этого это могла быть планета второго поколения, рожденная из богатого ингредиентами газового облака, образовавшегося в результате столкновения двух звезды, которые в конечном итоге стали Пэкду.

Расследование невозможного 

«Когда в космосе происходят странные вещи, астрономы пытаются найти ответы, идя по странному следу», — говорит доктор Монте.

Им не потребовалось много времени, чтобы заметить что-то странное.

«Одна из странностей этой звезды заключается в том, что в ее атмосфере много лития», — говорит он.

«Это необычно, поскольку у большинства звезд нет лития — он слишком легко горит в звездных атмосферах. Литий часто можно увидеть в молодых звездах, но только в 1% старых красных гигантов». 

Одна из ведущих теорий, объясняющих, почему некоторые старые звезды таинственным образом богаты литием, заключается в том, что они получили литий в более позднем возрасте, посредством какого-то взаимодействия с другой звездой.

Могло ли такое же взаимодействие произойти и с Пэкду?

Сценарии выживания

Команда собрала воедино несколько сценариев того, как Халла могла выжить, и основные теории начинаются с Пэкду.

«Мы считаем, что Халла существует сегодня, потому что ее звезда-хозяин Пэкду раньше была двумя звездами — двойной системой — которые слились в одну», — говорит доктор Хон.

«Слияние могло произойти от нескольких до десятков миллионов лет назад».

В одном из сценариев выживания слияние этих двух звезд могло бы ограничить расширение одной из звезд настолько, чтобы поглотить Халлу, помогая планете чудом спастись.

Другой сценарий заключается в том, что Халла вообще не подвергалась опасности просто потому, что ее не существовало до фазы расширения звезды. Вместо этого это может быть планета второго поколения, рожденная из богатого ингредиентами газового облака, образовавшегося в результате сильного столкновения двух звезд.

Команда также нашла доказательства того, что в игре может участвовать третий актер. Долгосрочная тенденция в сигнале лучевой скорости звезды предполагает, что поблизости есть еще один объект, который имеет небольшое гравитационное притяжение к Пэкду – но является ли это звездой или планетой, и сыграл ли он роль в каком-то влиянии на текущую орбиту Халлы, до сих пор остается загадкой. .

Полученные результаты были бы невозможны без звездных наблюдений со  спутника НАСА для исследования транзитных экзопланет (TESS) , который помог команде использовать астеросейсмологию, чтобы «заглянуть внутрь» звезды Пэкду и подтвердить, что она находится на стадии после расширения своей жизни.

«Этот удивительный результат действительно зависит от того факта, что мы смогли «увидеть» внутри звезды, что она теперь горит гелий в своем ядре», — говорит профессор Деннис Стелло, соавтор и предыдущий научный руководитель ведущего автора, доктора Хон. . 

«Доказательства этого обнаруживаются через звенящие звуковые волны внутри звезды, которые мы смогли измерить и интерпретировать, используя те же методы, которые ученые-геологи используют для изучения недр Земли путем изучения землетрясений. Однако вместо этого мы используем звездные землетрясения».

Что мы знаем о Халле 

Халла — газовый гигант, похожий на Юпитер, расположенный в созвездии Малой Медведицы (или «Малой Медведицы»), которое видно только из Северного полушария. 

Если бы вы поехали туда на «Вояджере-1», самом быстром созданном человеком объекте во Вселенной, движущемся со скоростью 61 500 километров в час, то чтобы добраться туда, потребовалось бы около 9 миллионов лет. 

Однако по прибытии вы, вероятно, захотите остаться на борту. Поскольку Халла состоит из вращающегося газа, не только негде будет приземлиться, но и температура ее поверхности, вероятно, достигнет около 1000 Кельвинов, или 730 градусов по Цельсию, что сделает ее жарче, чем любая планета в нашей Солнечной системе.

Одной из причин такой жары является близость планеты к ее звезде Пэкду. Он вращается по близкой орбите, примерно на половине расстояния между Землей и Солнцем.

«Сама звезда будет примерно в 20 раз больше видимого размера на небе, чем наше Солнце», — говорит доктор Монте. 

«Это примерно размер вашего кулака, который вы держите на расстоянии вытянутой руки».

Но если бы вы посетили планету до потенциального слияния звезд, вы бы увидели совсем другое: как на Татуине, знаменитой планете из «Звездных войн», на небе было бы два солнца.

Есть ли там еще выжившие?

Халла — первая известная нам планета такого типа, которая избежала поглощения, но это не значит, что она единственная. 

Это исследование предполагает, что там может быть больше планет-выживальщиков.

«Планеты до сих пор удивляют нас своей очевидной устойчивостью, обнаруживаясь в «запрещенных» системах», — говорит доктор Хон. 

«Наше исследование показывает, что не все близкие планеты обречены от рук своей звезды-хозяина, когда звезда начинает стареть и раздуваться».

Доктор Монте говорит, что существует около 1000 других звезд-красных гигантов, богатых литием, о которых мы знаем, и теперь у нас есть прекрасная возможность найти среди них близлежащие планеты.

«Не так уж много таких звезд исследовали просто потому, что у них не должно быть планет», — говорит доктор Монте.

«Но мы были удивлены раньше и, вероятно, будем удивлены снова».