Телескоп TESS вновь обнаружил экзогиганта у маломассивной звезды, который не вписывается в стандартную теорию планетообразования.
Субсатурн TOI-6894b обращается вокруг очень легкого красного карлика и мог возникнуть за счет управляемой аккреции газа и тяжелых элементов на ядро или за счет гравитационной нестабильности в протопланетном диске. Результаты наблюдений опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Основным способом возникновения планет с массой больше Нептуна считается модель неуправляемой аккреции вещества протопланетного диска на твердое ядро. Она предсказывает зависимость эффективности рождения крупных планет от массы протопланетного диска, связанной с массой родительской звезды. Следствие из этой модели — звезды с массой меньше Солнца должны реже формировать крупные планеты, а если масса звезды окажется менее 0,2-0,3 массы Солнца, то это станет невозможно. Однако к настоящему моменту найден ряд экзопланет, нарушающих это правило, что требует пересмотра теории планетообразования. Для более полного понимания частоты возникновения гигантских планет у маломассивных звезд и механизмов их образования ученым необходимо накопить больше данных наблюдений за подобными объектами.
Группа астрономов во главе с Эдвардом Брайантом (Edward Bryant) из Уорикского университета сообщила о новом экзогиганте у очень маломассивной звезды. Первоначально кандидат в экзопланету TOI-6894b был найден транзитным методом космическим телескопом TESS, затем открытие подтвердили фотометрией с наземных телескопов, методом радиальных скоростей при помощи спектрографов ESPRESSO и SPIRou и астрометрическими данными космического телескопа Gaia.
TOI-6894 находится в 234,8 световых годах от Солнца, это красный карлик типа M5.0 со светимостью на уровне 0,0037 от солнечной. Звезда обладает массой всего 0,207 массы Солнца и радиусом 0,227 радиуса Солнца. Вокруг нее с периодом 3,37 дня обращается экзопланета TOI-6894b с массой 0,168 массы Юпитера и радиусом 0,855 радиуса Юпитера, что дает малое значение объемной плотности и помещает объект в категорию субсатурнов. Экзопланета обладает низкой равновесной температурой в 417,9 кельвина и находится на орбите с эксцентриситетом 0,029 и длиной большой полуоси 0,026 астрономической единицы. При этом металличность TOI-6894b в 12 раз больше, чем родительской звезды.
Открытие TOI-6894b усугубляет проблему возникновения гигантских экзопланет у маломассивных звезд, особенно с учетом крайне малой массы родительской звезды. Однако не очень большая масса экзогиганта в теории позволяет ему не проходить через фазу неуправляемой аккреции на ядро или не формировать очень быстро само ядро. Вместо этого TOI-6894b после образования ядра могла пройти через фазы аккреции тяжелых элементов из диска и устойчивой аккреции газа. При этом растущее ядро не становилось достаточно массивным для запуска неуправляемой аккреции газа.
Однако и классическая модель аккреции на ядро и модель формирования субсатурнов все еще требуют заметного обогащения протопланетного диска тяжелыми элементами, что плохо согласуется со свойствами известной популяции дисков. Тем не менее это противоречие может быть разрешено предположением о недоучете масс и металличности дисков в ходе предыдущих наблюдений за ними. Альтернативная модель рождения TOI-6894b предполагает прямое формирование экзопланеты за счет конденсации из-за гравитационной нестабильности в локальной области диска. Более точно определить механизм образования этой экзопланеты могут помочь будущие наблюдения «Джеймса Уэбба».
Это не первое открытие в области экзопланетологии, требующее пересмотра текущих теорий — ученые также обнаружили аномально близкую к звезде экзопланету и слишком быстро сжимающиеся молодые экзопланеты.
Автор: Александр Войтюк