Предложено объяснение необычайно высокой плотности планеты из созвездия Волопаса

Планету TOI-1853b обнаружили в 2019 году с помощью космического телескопа TESS, предназначенного для открытия экзопланет. Это небесное тело размером с Нептун, удаленное от Земли на 544 световых года, обращается вокруг оранжевого карлика TOI-1853 из созвездия Волопаса. Планета находится очень близко к своей звезде: расстояние между ними в 50 раз меньше, чем дистанция между Солнцем и Землей.

Недавние исследования показали, что средняя плотность TOI-1853b составляет почти 10 граммов на кубический сантиметр. Во Вселенной существуют и более плотные планеты: так, плотность LHS 1815b составляет примерно 18 граммов на кубический сантиметр (хотя эта оценка довольно неточная), а Kepler-131c, находящаяся в созвездии Лиры, может оказаться еще плотнее. Однако это сравнительно небольшие небесные тела размером примерно с Землю. А вот среди планет, аналогичных по размерам TOI-1853b, она безусловный чемпион: ее плотность почти вдвое выше, чем у любой из них. Для сравнения, среди гигантских планет Солнечной системы наибольшую плотность имеет Нептун — 1,64 грамма на кубический сантиметр, что в шесть раз меньше, чем у TOI-1853b.

Характеристики, которыми обладает TOI-1853b, крайне нетипичны. Экзопланеты, расположенные так же близко к своим звездам, как она, в большинстве случаев относятся к одному из двух типов: это либо небольшие каменистые планеты размером с Марс или меньше, либо огромные газовые гиганты, отличающиеся малой плотностью. TOI-1853b представляет собой комбинацию двух этих вариантов, сочетая большие размеры с высокой плотностью.

В чем же причина столь необычных свойств TOI-1853b? Ученые полагают, что они могут объясняться гигантским столкновением: такое выражение может резать глаз, но это устоявшийся термин в планетологии, обозначающий столкновение планет друг с другом. Компьютерное моделирование показало, что для достижения плотности, которой обладает TOI-1853b, потребовалось бы соударение двух небесных тел с относительной скоростью около 75 километров в секунду: такое столкновение уничтожило бы часть атмосферы и водных запасов планеты, оставив в основном каменистые породы высокой плотности. Однако подобный сценарий не объясняет большую массу TOI-1853b (равную 73 земных), минимум половина которой приходится на твердое скалистое ядро.

Ученые предлагают и другое объяснение: изначально планета могла обращаться вокруг звезды по высокоэллиптической орбите, очень сильно приближаясь к ней на каждом витке. Это привело бы к тому, что из-за нагрева планета утратила бóльшую часть своей атмосферы — осталось бы лишь плотное ядро. Возможно, проходя рядом со звездой, TOI-1853b каким-то образом «собрала» более мелкие тела, близкие к светилу.

Первый из описанных сценариев подразумевает, что вокруг звезды должна обращаться еще одна планета — второй участник столкновения. Поэтому исследователи планируют новые наблюдения за звездой TOI-1853 и ее окрестностями. Также предполагается более детально изучить состав атмосферы TOI-1853b. Это позволит определить, какая из гипотез наиболее правдоподобна, и в итоге поможет ученым лучше понять механизмы формирования и эволюции планетных систем.