«Запретная» планета-гигант у крошечной звезды удивила астрономов

Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил газового гиганта TOI-5205 b с парадоксально бедной тяжелыми элементами атмосферой. Планета размером с Юпитер вращается вокруг звезды, которая всего в четыре раза больше самой планеты.

Международная группа астрофизиков под руководством NASA и Института Карнеги проанализировала данные спектроскопии трех транзитов экзопланеты. Результаты, опубликованные в The Astronomical Journal, показали, что содержание тяжелых элементов (металличность) в атмосфере TOI-5205 b значительно ниже, чем у Юпитера и даже ниже, чем у ее родительской звезды.

Такое открытие противоречит стандартным моделям формирования планет-гигантов. Обычно массивные планеты накапливают из протопланетного диска большое количество металлов, которые служат «строительными блоками». Однако TOI-5205 b, получившая неофициальное прозвище «запрещенная планета», демонстрирует совершенно иную химическую эволюцию.

Ключевую роль в исследовании сыграла способность «Джеймса Уэбба» наблюдать в широком диапазоне длин волн — от 0,6 до 5,3 микрометра. Ученые зафиксировали в спектре планеты отчетливые сигнатуры метана (CH₄) и сероводорода (H₂S), но не обнаружили ожидаемых следов воды. Отсутствие водяного пара отчасти объясняется помехами от пятен на поверхности звезды, которые пришлось тщательно отфильтровывать.

Чтобы разгадать парадокс, исследователи построили модели внутреннего строения газового гиганта. Выяснилось, что общая металличность планеты (с учетом ядра и глубоких слоев) составляет 10–20 процентов, что примерно в сто раз выше, чем в ее верхней атмосфере. Это указывает на резкое расслоение: тяжелые элементы быстро осели в ядро на ранних этапах формирования и больше не смешивались с внешними газовыми оболочками.

Такая кардинальная разница между составом атмосферы и недр ранее не наблюдалась ни у одной экзопланеты. По мнению астрофизика из Бирмингемского университета Анджали Пьетте, TOI-5205 b представляет собой естественную лабораторию для изучения процессов аккреции и миграции планет. Система с чрезвычайно малой звездой (всего 40% массы Солнца) бросает вызов теориям, согласно которым вокруг таких тусклых светил не могут формироваться газовые гиганты.

Несмотря на то, что планета обращается вокруг звезды всего за 1,63 дня, она не успела «надышаться» металлами из окружающего диска. Либо исходный протопланетный диск был аномально беден тяжелыми элементами, либо большая часть металлов конденсировалась в пылинки и быстро упала на ядро. Оба сценария требуют пересмотра стандартных моделей формирования планет.

Дальнейшие наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» и наземных обсерваторий помогут уточнить соотношение углерода и кислорода в атмосфере TOI-5205 b. Предварительные данные уже указывают на сверхсолнечное отношение C/O, что сближает этот мир с другими «запретными» экзопланетами, найденными в последние годы. Каждое такое открытие приближает астрономов к пониманию того, насколько разнообразными могут быть миры за пределами Солнечной системы.