25/04/2024

Гигантское планетарное кольцо в 200 раз больше, чем кольца Сатурна

Объявления

Первое, что приходит на ум, когда мы думаем о планетарных кольцах, – это красивые кольца Сатурна, который также был первой планетой, у которой они были обнаружены. Несколько других планет-гигантов в нашей Солнечной системе действительно имеют свои кольца, но большинство из них не очевидны. Толщина колец Сатурна в среднем составляет всего 20 метров, но они покрывают площадь, почти вдвое превышающую радиус Сатурна. За исключением Урана, кольца других планет в лучшем случае похожи на “обруч” по сравнению с кольцами Сатурна.

Хотя кольца Сатурна доминируют в Солнечной системе, в галактике с сотнями миллиардов звезд они не видны. Безусловно, существуют экзопланеты с огромными кольцами, такие как J1407 b, известная как “Супер-Сатурн”, о которой мы сегодня рассказываем.

Звезда-хозяин J1407 b, J1407 (V1400 Cen), похожая на Солнце, находится на расстоянии более 400 световых лет от нас. Эта звезда почти идентична нашему Солнцу как по массе, так и по размеру, за исключением того, что она настолько молода, ей всего около 16 миллионов лет, что она просто “полнолунный младенец” по сравнению с Солнцем, которому уже 4,6 миллиарда лет.

В 2007 году астрономы заметили внезапное снижение яркости звезды, и при ближайшем рассмотрении оказалось, что произошло солнечное затмение. В том, что произошло солнечное затмение, нет ничего удивительного, поскольку звезда может быть окружена планетами, и когда планеты окажутся между звездой и нами, произойдет затмение.

Но это затмение было немного странным: обычно, когда экзопланеты находят методом линзирования, планеты находятся так далеко, что планеты очень мало загораживают звезду, и изменение яркости звезды очень слабое. Но в этот раз затмение очень глубокое, что означает, что оно сильнее заслоняет звезду.

Во-вторых, процесс затмения обычно очень регулярный, но на этот раз весь процесс очень сложный. Основываясь на всех признаках, астрономы предполагают, что объект, блокирующий звезду, может быть газовым гигантом с огромным планетарным кольцом.

Мы знакомы с планетарными кольцами, и в нашей Солнечной системе есть готовые образцы. Хотя происхождение колец Сатурна до сих пор вызывает споры, многие считают, что они могли быть луной Сатурна, которая была поражена каким-либо объектом, например, астероидом, или попала в предел Рош Сатурна вследствие орбитального распада, и что это преимущественно водно-ледяной объект, который не очень прочен и легко распадается под действием приливных сил Сатурна, образуя таким образом кольцо обломков вокруг Сатурна.

Поэтому некоторые ученые считают, что J1407 b также мог быть разрушен приливными силами или просто ударом крупного объекта, в результате чего образовалось кольцо обломков.

Но вскоре стало ясно, что что-то не так: если это и обломки, то слишком большие. Кольца Сатурна все еще находятся в пределах предела Роша Сатурна, но кольца J1407 b выходят далеко за пределы предела Роша планеты и приближаются к радиусу сферы Хилла.

Сфера Хилла означает, что для того, чтобы небольшой объект стал спутником планеты, необходимо находиться в пределах гравитационного контроля планеты, которым является сфера Хилла планеты.

Одна область – это область, где гравитационная сила достаточно сильна, чтобы разорвать объект на части, а другая – область, которая просто находится под гравитационным контролем, поэтому вы можете представить, насколько велика разница. Основываясь на данных наблюдений, астрономы предполагают, что диаметр кольца J1407 b составляет 180 миллионов километров (почти 1,2 астрономических единицы), что почти в 200 раз больше диаметра колец Сатурна. Если поместить J1407 b в положение Солнца, то его кольца достигли бы даже орбиты Венеры. Поэтому некоторые ученые считают, что кольца J1407 b – это не зрелые планетарные кольца, как у Сатурна, а скорее диски периастрона (CSD), оставшиеся со времен формирования планеты.

Согласно теории формирования планет, первоначально это был гравитационно агрегированный газовый диск, который стал диском периастрона, когда в центре диска за несколько миллионов лет родился зародыш планеты. Диск периастрона продолжает переносить газ и пыль к центральной планете, действуя как аккреционный диск. Когда газ удаляется из периастрона, вязкость диска значительно уменьшается, так как остаются только твердая пыль и обломки, что приводит к распространению всего диска во всех направлениях и формированию большого кольцеобразного планетарного диска.

Этот околопланетный диск не такой зрелый и стабильный, как кольца Сатурна; он все еще находится на переходной стадии. Общая масса J1407 b сравнима с массой Земли, и астрономы обнаружили здесь, по-видимому, несколько объектов-спутников.

Когда казалось, что все догадки вот-вот разрешатся, астрономов начал преследовать один ключевой вопрос.

За восемь лет, прошедших между первым затмением в 2007 году и последующим в 2015 году, не было ни одного подобного затмения этой звезды. Поэтому у астрономии нет возможности узнать орбитальный период планеты или даже то, вращается ли она вокруг звезды.

В 2018 году, спустя 10 лет после первого затмения, астрономы собрали столетние фотоданные за период с 1890 по 1990 год, но до сих пор нет никаких данных о потускнении звезды. Однако на этот раз астрономы сделали некоторые предварительные выводы о планете: это может быть газовый гигант массой в 5-20 раз больше массы Юпитера, вращающийся вокруг звезды J1407 по эллиптической орбите с вероятным периодом вращения 14-17 лет. Это означает, что если предположения верны, то планета должна снова пройти мимо Солнца между 2021 и 2024 годами. Однако по состоянию на сегодняшний день, 2023 год, мы все еще не видели второго затмения на J1407.

Если J1407 b действительно не связана с этой звездой, и если учесть, что ее масса может быть в 20 раз больше массы Юпитера (точно коричневый карлик), то это огромное кольцо планет может быть вовсе не кольцом планет, а отдельной планетной системой.

Другими словами, J1407 b – это недавно сформировавшаяся звезда (не звезда, в конце концов, она недостаточно массивна, чтобы считаться угасшей звездой), а ее периастрон на самом деле является протопланетным диском, и луны, рожденные там, на самом деле являются планетами. В будущем, по мере формирования планет, протопланетный диск будет постепенно рассеиваться, и родится мини-планетная система.

Однако это предположение только возможно, но оно не более вероятно, чем предположение о планетах. Преобладает мнение, что это планета с орбитой высокого эксцентриситета вокруг звезды.

Независимо от того, является ли это независимой планетной системой или периастроном планеты, доказательства еще должны говорить сами за себя. В конце концов, мы все еще находимся на расстоянии некоторого времени от предсказанной даты 2024 года, а 2024 год – это не точный срок; период в 14-17 лет – это лишь приблизительный прогноз, основанный на единственных доступных наблюдениях.

Если в будущем мы снова будем наблюдать J1407 b, то на этот раз мы не только сможем сказать, является ли она планетой, но и узнать больше о ней и ее кольцах. Это потому, что сегодня у нас есть гораздо лучший инструмент для исследования экзопланет, чем тогда: космический телескоп Уэбба.

Телескоп Webb оснащен спектрографом ближнего инфракрасного диапазона, который не только позволяет определить размер частиц и состав колец, но даже идентифицировать луны в этих кольцах, если у них есть собственные “кольца-спутники”, поскольку они все еще находятся в процессе формирования. В конце концов, нам придется подождать и посмотреть, сможет ли J1407 b снова обогнуть Солнце.