ДТП космических масштабов ведут к образованию планет плотнее стали, утверждают учёные
Астрофизики обнаружили планету, которая бросает вызов фундаментальным представлениям о формировании небесных тел. Экзопланета TOI-1853b, расположенная в 545 световых годах от Земли, имеет плотность, превышающую сталь. Это открытие заставляет пересмотреть теории эволюции планетных систем и указывает на катастрофические сценарии рождения миров, где гигантские столкновения играют роль космического кузнеца.
Плотность выше стали: аномалия в пустыне горячих нептунов
Объект TOI-1853b классифицируется как «горячий нептун» — класс планет размером с Нептун, обращающихся в непосредственной близости от своих звезд. Однако его физические характеристики ставят ученых в тупик. При радиусе, составляющем 3,46 радиуса Земли (лишь немногим меньше Нептуна), его масса достигает 73,2 массы Земли. Для сравнения, масса самого Нептуна равна 17,15 земных. Такое соотношение параметров дает среднюю плотность в 9,7 г/см³. Это почти вдвое выше плотности Земли (5,15 г/см³) и значительно превосходит плотность конструкционной стали (около 7,8 г/см³).
Почему традиционные модели не работают
Стандартная теория аккреции предполагает, что планеты размером с Нептун должны наращивать массивную газовую оболочку, становясь газовыми гигантами вроде Юпитера. Плотность таких объектов, как правило, сопоставима с плотностью воды. TOI-1853b демонстрирует обратное: она почти лишена летучих элементов — водорода, гелия и водяного льда. По сути, астрономы наблюдают обнаженное каменистое ядро, которое по какой-то причине не смогло удержать первичную атмосферу.
Сценарий космической катастрофы: столкновение на сверхскоростях
Международная группа исследователей под руководством физика Луки Напониелло из Римского университета Тор Вергата и Бристольского университета предложила объяснение этой аномалии. Серия компьютерных симуляций показала, что TOI-1853b могла сформироваться в результате лобового столкновения двух протопланет. Ключевым условием является экстремальная скорость удара — более 75 километров в секунду.
«Наша работа показывает, что чрезвычайно энергичные столкновения планет на раннем этапе формирования могут удалить легкую атмосферу и воду, — пояснил физик Цзинъяо Доу из Бристольского университета. — В результате остается обогащенная камнями планета с высокой плотностью». Моделирование подтвердило, что исходное планетарное тело должно было быть богато водой, но катастрофа буквально «содрала» с него все внешние слои, оставив лишь сверхплотное ядро.
Орбитальные характеристики и феномен пустыни
TOI-1853b совершает полный оборот вокруг материнской звезды — оранжевого карлика, масса которого составляет 80% от солнечной — всего за 1,24 дня. Такая ультракороткая орбита автоматически помещает планету в категорию так называемой «пустыни горячих нептунов». Это крайне редкая популяция объектов: из более чем 5500 известных на сегодня экзопланет лишь единицы обладают подобными параметрами.
Высокая плотность в сочетании с близостью к звезде делает TOI-1853b уникальным полигоном для проверки теорий планетной динамики. Ученые предполагают, что именно гравитационное взаимодействие на ранних этапах могло спровоцировать миграцию планеты к звезде, после чего и произошло фатальное столкновение.
Долгое время считалось, что планеты с массой в десятки раз больше земной обязательно должны становиться газовыми гигантами. Открытия последних лет, такие как TOI-849b и TOI-1853b, разрушают эту парадигму. Они демонстрируют существование класса «суперплотных» миров, которые, вероятно, являются остатками разрушенных планет.
Данное исследование имеет прямое отношение к пониманию обитаемости экзопланет. Если гигантские столкновения способны полностью лишить планету атмосферы и воды, то зона обитаемости может быть гораздо более узкой, чем предполагалось. Кроме того, изучение TOI-1853b позволяет заглянуть в недра планет-гигантов, так как ее ядро, по сути, является «выставленным напоказ» образцом вещества, которое обычно скрыто под толщей газа. Дальнейшие наблюдения с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) могут подтвердить или опровергнуть модель столкновения, а также выявить химический состав поверхности этого необычного объекта.
