За допомогою Дуже великого телескопа вдалося напряму побачити планетну систему, де майже вдесятеро більша за Юпітер екзопланета обертається навколо двох зірок загальною масою у десять сонячних. Відстань між суперюпітером і його зорями у 560 разів перевищує відстань між Сонцем і Землею, і на думку дослідників, малоймовірно, що планета утворилася звичним механізмом акреції ядра. Однак вона є підтвердженням, що такі масивні зорі все ж можуть стати батьківськими для планет. Нововідкриту систему астрономи описали у Nature.
Зображення b Cen (AB)b. Сама планета позначена літерою b. Markus Janson et al. / Nature, 2021
Що за планета?
За допомогою комплексу Дуже великого телескопа в Чилі астрономам вдалося дізнатися, що на відстані 305 світлових років від Сонця знаходиться дивовижна система, яка свідчить про те, що екзопланети зустрічаються у масивних зірок частіше, ніж припускають теорії планетоутворення. Група дослідників повідомила про відкриття планети-гіганта Cen (AB) масою в 10,9 маси Юпітера, орбіта якої знаходиться навколо тісної подвійної системи масивних зірок — їхня загальна маса становить від шести до десяти сонячних.
Від своїх зірок планета знаходиться на відстані, що перевищує в 560 разів відстань між Сонцем і Землею, а її вік оцінюється в 15 мільйонів років. Співвідношення мас планети і її батьківських зір складає приблизно 0,10–0,17 відсотка — майже так само, як і співвідношення для Юпітера і Сонця. Але відстань між нововиявленою планетою до світил приблизно в 100 разів більша, ніж у Юпітера до Сонця.
Цікаво, що планету спостерігали як точкове джерело випромінювання ще у 2000-х роках, проте тоді її вважали за фонове забруднення. Як правило, слабке точкове джерело може бути або планетою на орбіті навколо спостережуваної зірки, або випадковим розташуванням фонової зірки. Ці два сценарії можна розрізнити, оцінивши, чи має точкове джерело загальний власний рух із цільовою зіркою. І за даними спостережень березня 2019 року. b Cen (AB) b виявилася фізично пов'язаною із системою, що й змусило вчених продовжити дослідження до квітня 2021.
Звідки вона взялася?
Система b Cen складається із тісної пари зірок. Більш масивна зірка називається b Cen A і має температуру приблизно 18 тисяч кельвінів. Друга зірка, b Cen B, була помічена завдяки її динамічному впливу на сусідку, проте поки її властивості визначити не вдалося. І річ у тім, що ґрунтуючись на співвідношенні мас планети та зірок, нижня межа маси системи (її оцінили у 6-10 сонячних) у 2–4 рази вище, ніж у батьківських зірок будь-яких інших підтверджених планет. Наприклад подвійна зіркова система HD 106906 AB, в якій також знайшли планету, має масу всього в 2,7 сонячної, а наймасивніші батьківські зірки-одиначки не перевищували трьох мас Сонця.
Тому нові результати показують, що планети можна знаходити і у набагато масивніших зоряних системах, ніж можна було б очікувати. Вчені сумніваються, що b Cen (AB) b утворилася там, де її знайшли, звичним для планет сценарієм з акрецією ядра. Однак вона цілком могла утворитися десь в іншому місці і прибути ближче до зірок за допомогою динамічних взаємодій або утворившись поруч через гравітаційну нестабільність.
Що заважає планетам народжуватися у масивних зірок?
Більшість відомих нам планет-гігантів сформувалася внаслідок акреції ядра. У щільному газопиловому диску, що оточує молоді зірки, з частинок пилу формуються планетезималі, які безперервно накопичуючи матеріал, утворюють вже планету. І якщо їхньої маси достатньо, ці спершу кам'янисті тіла починають накопичувати газ із протопланетного диска, утворюючи собі масштабну водневу чи гелієву атмосферу, як у Юпітера чи Сатурна. Однак вважається, що у масивних батьківських зірок цей протопланетний диск розсіюється швидше, ніж у зірок, подібних до Сонця, а отже у ядра набагато менше часу, щоб встигнути дістатися критичної маси. Тому малоймовірно, що b Cen (AB) b утворилася прямо близ своїх зірок у результаті акреції ядра.
Ще один варіант передбачає, що вона сформувалася ближче до батьківських зірок, але в результаті динамічних взаємодій з іншими планетами потрапила на свою широку орбіту. Як ще одна альтернатива, планета-гігант могла утворитися безпосередньо з протопланетного диска зірок через гравітаційну нестабільність. Ця модель вимагає, щоб маса протопланетного диска була настільки великою, щоб це змусило його частину схлопнутись під дією гравітації. Так може утворитися невелике вторинне тіло, яке починає обертатися довкола зірки.
Ну і врешті планета могла утворитися як частина окремої зіркової системи і згодом b Cen просто притягнула її собі. Обмін планетами є звичною справою в молодих регіонах зореутворення. Хоча вимірювання орбітальних властивостей b Cen (AB) b заперечують динамічно жорстоке минуле планети і астрономи все ж схиляються до її утворення поруч із зірками та подальшою орбітальною еволюцією. Втім, незалежно від конкретного механізму утворення, відкриття b Cen (AB) b показує, що статистична верхня межа для зірок-батьків приблизно в три маси Сонця занижена і зірки та зіркові системи розміром не менше 6-10 сонячних мас цілком підходять для планет-гігантів на широких орбітах.
Нещодавно ще один суперюпітер не вписався у сценарії планетоутворення — газовий гігант віком до двох мільйонів років біля самотньої зорі-карлика виявився замасивним для свого віку.