Еще до того, как мы узнали о существовании планет вокруг других звезд, казалось, что Вселенная идеально упорядочена. Если бы образование планет было обычным делом, то мы бы видели системы, более или менее похожие на нашу собственную, со скалистыми внутренними планетами и газовыми гигантами на внешних орбитах. А если образование планет в космосе было случайностью, то они были бы редкостью во Вселенной. Все это было перевернуто с ног на голову благодаря многочисленным открытиям экзопланет. И наша Солнечная система оказывается чем угодно, только не образцом для остальной галактики. В сегодняшнем очерке рассмотрим несколько недавних открытий, которые ставят под сомнение существующую теорию формирования планет. Мы можем быть уверены, что чем больше мы будем исследовать Млечный Путь, тем больше мы будем находить аномалий, которые опровергнут наши предубеждения. Последние несколько десятилетий не были легкими для теорий формирования планет. Концепции, сложившиеся на основе устаревших догадок Коперника и общности звездных систем, идентичных Солнечной системе, уступили место странностям и разнообразию, открываемым “Кеплером”, “Хабблом” и другими космическими телескопами. Многообразие расположения планет не поддается простому объяснению...

Исследователи из Университета штата Пенсильвания обнаружили еще одну странность, бросающую вызов современному пониманию развития звездных систем. Изучение системы LHS 3154 выявило планету, настолько массивную по сравнению со своей звездой, что общепринятые теории планетообразования не могут объяснить ее существование, рис. 1. LHS 3154, “ультрахолодная” звезда с “прохладной” температурой поверхности 2 700°K (2 430°C), является M-карликом, к категории которых относятся три четверти всех звезд в Млечном Пути. Большая часть спектра LHS 3154 находится в инфракрасном диапазоне. Звезда категории M-карликов в девять раз меньше Солнца, однако на ее поверхности находится планета, в 13 раз более массивная, чем Земля.


Согласно современным теориям, звезды образуются в результате конденсации больших облаков газа и пыли в меньшие объемы. После образования звезды остатки газа и пыли, составляющие гораздо меньшую часть первоначального облака, оседают в виде диска вокруг новой звезды. Из этой гораздо меньшей массы будут появляться планеты, завершая формирование звездной системы. Согласно этим теориям, звезда потребляет большую часть облака-прародителя.

Например, Солнце содержит примерно 99,8 % массы Солнечной системы. И только 0,2% остается для восьми планет, различных лун и астероидов.


Отношение масс планеты LHS 3154b и звезды LHS 3154 в 117 раз больше, чем отношение масс Земли и Солнца. LHS 3154b, вероятно, похожа на Нептун по составу, завершает свою орбиту за 3,7 земных суток и, по мнению исследователей, является очень редкой планетой. Обычно вокруг М-карликов вращаются небольшие скалистые тела, а не газовые гиганты.

Согласно существующим теориям, после формирования звезды ее массы не должно было хватить, чтобы рядом образовалась такая большая планета, как LHS 3154b. Для рождения подобного гиганта, масса пыли и отношение пыли к газу на диске молодой LHS 3154 должны быть в десять раз больше, чем обычно наблюдается вокруг М-карлика.

“По всем законам ожидается, что диск, образующий планету вокруг маломассивной звезды LHS 3154, не будет иметь достаточно твердой массы для создания этой планеты”, – говорит Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики из Пенсильванского университета и соавтор статьи. “Но она существует, и теперь нам придется пересмотреть наше понимание того, как формируются планеты и звезды”.

Команда Махадевана строила новый спектрограф, Habitable Zone Planet Finder (Поиск планет обитаемой зоны) – HPF, с целью обнаружения миров, вращающихся вокруг самых холодных звезд. Планеты, вращающиеся вокруг низкотемпературных звезд, могут иметь достаточно прохладную поверхность, чтобы на ней могла существовать жидкая вода и жизнь. В поисках таких планет команда нашла, как это часто бывает в исследованиях, нечто новое – массивную планету, которая бросила вызов существующим теориям формирования звездных систем.

Еще одно открытие, на этот раз сделанное командой Научного института Карнеги, позволило обнаружить еще один странный мир.


“Звезда-хозяйка, TOI-5205, всего лишь в четыре раза больше Юпитера, однако ей каким-то образом удалось сформировать планету размером с Юпитер, что весьма удивительно”, – заметил Шубхам Канодия, возглавлявший группу, обнаружившую TOI-5205b.

Когда планета TOI-5205b проходит перед звездой TOI-5205, она блокирует около семи процентов света звезды, что является одним из самых больших известных транзитных сигналов экзопланет.


Вращающийся диск газа и пыли, окружающий молодую звезду, рождает ее спутники-планеты. Более массивным планетам требуется больше газа и пыли, оставшихся после воспламенения звезды. Согласно общепринятым теориям, для образования газовой планеты требуется около 10 масс Земли скалистого материала, чтобы сформировать массивное скалистое ядро газового гиганта. Как только ядро сформировано, оно собирает газ из окружающих облаков протопланетного диска, в результате чего образуется атмосфера планеты-гиганта.

“Существование TOI-5205b расширяет наши представления о дисках, в которых рождаются планеты”, – объясняет Канодия. “Если в диске недостаточно каменистого материала для формирования первоначального ядра, то газовая планета-гигант образоваться не может. Ведь если диск испарится до того, как сформируется массивное ядро, то газовая планета-гигант просто не сформируется. И все же TOI-5205b сформировалась. Исходя из нашего номинального текущего понимания формирования планет, TOI-5205b не должна существовать; это “запретная” планета”.

Не все загадки ограничиваются М-карликами. Подобная Солнцу звезда, зародившаяся всего 14 миллионов лет назад примерно в 360 световых годах от Земли, держит на своей орбите газового гиганта, в шесть раз более массивного, чем Юпитер, который вращается вокруг молодой звезды на расстоянии, в двадцать раз превышающем расстояние, между Юпитером и Солнцем (рис. 3).


Большое расстояние от YSES 2b до звезды не вписывается ни в одну из двух наиболее известных моделей, описывающих образование крупных газообразных планет. Если бы YSES 2b образовалась путем аккреции ядра на таком огромном расстоянии от звезды, планета должна быть намного легче в результате нехватки материала диска в этом удаленном месте. Но YSES 2b слишком массивна, чтобы соответствовать этой теории.

Гравитационная неустойчивость – второй теоретический способ образования газовых гигантов – предполагает, что очень массивные протозвездные диски нестабильны и распадаются на крупные сгустки, из которых непосредственно образуются газовые гиганты. Но YSES 2b кажется недостаточно массивной, чтобы образоваться таким образом.

Согласно третьему варианту, YSES 2b могла сформироваться в результате аккреции ядра гораздо ближе к звезде-хозяйке и мигрировать от нее позже. Для того чтобы вытащить YSES 2b во внешние области системы, необходима вторая планета, но такой планеты пока не обнаружено.

Наблюдения нынешнего поколения телескопов космического базирования, можно сказать, разрушили наши привычные теории формирования планет. Горячие юпитеры, миры, вращающиеся вокруг пульсаров, странное расположение миров, суперземли и блуждающие планеты, приближающиеся к звезде, а затем улетающие обратно, усложнили идеи Лапласа, Си, Чемберлина и Моултона. Так что, дальнейшие исследования космического телескопа Джеймса Уэбба и его преемников только оживят споры о происхождении планет.