Международная группа астрономов обнаружила далёкую планетную систему, которая ставит под сомнение давние теории формирования планет. В нашей галактике астрономы обычно наблюдают характерную закономерность в планетных системах: каменистые планеты вращаются близко к своей звезде, а газовые гиганты находятся дальше. Наша собственная Солнечная система следует этому правилу: внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — состоят из камня и железа, а внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — преимущественно газовые.

Эта закономерность вытекает из хорошо разработанной теории формирования планет: интенсивное излучение от звезды-хозяина отрывает газ, накопленный планетами на близких расстояниях, оставляя после себя голые каменистые тела. На больших расстояниях от звезды более низкие температуры позволяют формироваться плотным атмосферам, образуя газовые планеты.

Однако недавно обнаруженная планетная система, вращающаяся вокруг звезды LHS 1903, нарушает это правило. Результаты исследования опубликованы в журнале Science .

LHS 1903 — это красный карлик, меньший и более тусклый, чем наше Солнце. Команда, возглавляемая профессором Райаном Клутье из Университета Макмастера и профессором Томасом Уилсоном из Уорикского университета, использовала наблюдения с наземных и космических телескопов для обнаружения и классификации трех планет вокруг LHS 1903. Они обнаружили одну каменистую внутреннюю планету, за которой следуют две газовые планеты, похожие на миниатюрные Нептуны — именно то, что ожидали астрономы.

После многолетних усилий по изучению трех известных планет вокруг звезды LHS 1903, новые данные со спутника CHEOPS Европейского космического агентства выявили нечто неожиданное: четвертую планету, известную как LHS 1903 e, расположенную дальше всего от звезды, которая, по-видимому, является каменистой.

«Мы наблюдали эту закономерность: каменистая внутренняя часть, газообразная внешняя часть, в сотнях планетных систем. Но теперь открытие каменистой планеты во внешней части системы заставляет нас переосмыслить время и условия, при которых могут формироваться каменистые планеты», — говорит Клутье, доцент кафедры физики и астрономии.

Исследователи проверили несколько объяснений: произошло ли столкновение планеты с массивным объектом, который разрушил её атмосферу? Изменился ли порядок расположения планет с течением времени? Численное моделирование и анализ орбит исключили эти возможности.

Анализ команды указывает на более неожиданную возможность: планеты в системе LHS 1903, возможно, сформировались не все одновременно. Вместо этого они могли появляться последовательно, каждая в несколько отличающихся условиях по мере эволюции системы.

Современные модели предполагают, что планеты формируются внутри протопланетного диска — смеси газа и пыли, где вещество может слипаться, образуя несколько зародышей планет примерно в одно и то же время. В течение миллионов лет эти тела постепенно развиваются в полностью сформированные планеты различных размеров и составов.

Однако необычная архитектура LHS 1903 указывает на другой процесс — известный как формирование планет изнутри наружу, при котором планеты формируются последовательно, одна за другой, в постоянно меняющихся условиях. Их окончательный состав отражает локальные условия на момент окончательной сборки, которые определяют, будут ли они богаты газом или состоять из камней.

Эта теория может объяснить, почему LHS 1903 e так сильно отличается от своих соседей. К моменту начала формирования диск, окружающий звезду, возможно, уже истощился от газа, обычно необходимого для образования плотной атмосферы.

«Удивительно наблюдать за формированием каменистого мира в среде, которая, казалось бы, не должна способствовать такому исходу. Это ставит под сомнение предположения, заложенные в наших современных моделях», — говорит Клутье, добавляя, что это открытие поднимает более широкие вопросы о том, является ли LHS 1903 аномалией или ранним примером закономерности, которую ученые еще не распознали.

«По мере того, как телескопы и методы обнаружения становятся все более точными, мы расширяем свои возможности по обнаружению планетных систем, которые не похожи на нашу собственную и не соответствуют давно устоявшимся теориям», — говорит он.

«Каждая новая система добавляет еще одну точку данных к растущей картине планетарного разнообразия, которая заставляет ученых переосмыслить процессы, формирующие миры по всей галактике».