Планеты формируются из газа и пыли протопланетного диска и, как правило, сохраняют направление его вращения. Со временем, однако, гравитационное взаимодействие может нарушить эту картину и перевести планету на ретроградную орбиту. Один из известных примеров таких миров — горячий юпитер WASP-17b. Его ретроградную орбиту подтвердили еще в 2010 году.
Исследовательская группа под руководством Янна Картере (Yann Carteret) из Женевского университета (Швейцария) изучила систему красного карлика GJ 3090. Вокруг него обращается несколько планет, в том числе GJ 3090b — субнептун, то есть мир с плотной газовой оболочкой меньше Нептуна, радиусом 2,18 радиуса Земли и массой в 4,52 земной. Год на нем длится всего 2,9 суток.
Ученые наблюдали шесть прохождений GJ 3090b по диску звезды с помощью спектрографа NIRPS, установленного на телескопе Европейской южной обсерватории в Чили. Четыре транзита дополнительно наблюдали с помощью еще одного спектрографа HARPS. Всего исследователи собрали почти 200 спектров примерно за 23 часа наблюдений.
Эти данные затем проанализировали с помощью эффекта Росситера — Маклафлина. Во время транзита планета последовательно закрывает разные участки вращающейся звезды, что вызывает небольшие изменения ее спектральных линий. По этим изменениям можно определить ориентацию орбиты планеты относительно оси вращения звезды.
Расчеты показали, что орбита GJ 3090b сильно наклонена относительно вращения светила: угол между направлениями их вращения составил примерно 136 градусов. Значит, субнептун движется по ретроградной орбите — в сторону, противоположную вращению звезды. Это первый известный пример такой планеты у красного карлика. Кроме того, это самый маленький мир, для которого удалось точно определить угол между его орбитой и направлением вращения звезды.
Столь необычные орбиты часто объясняют гравитационным влиянием массивного соседа. Например, другая крупная планета или звезда-компаньон может постепенно изменить орбиту и даже заставить планету двигаться в обратном направлении. Вот почему ученые искали подобные тела в системе GJ 3090 путем измерения лучевых скоростей, анализа данных Gaia и наблюдений с высоким угловым разрешением.
Правда, обнаружить подходящий объект не удалось. Более того, GJ 3090 оказалась первой известной многопланетной системой с ретроградным миром, в которой не нашли ни массивной внешней планеты, ни далекой звезды-компаньона. Таким образом, исследователи сочли сценарий гравитационного «переворота» маловероятным и предложили другое объяснение.
По их мнению, необычная орбита GJ 3090b могла сформироваться еще на раннем этапе истории системы. Красный карлик мог захватить дополнительное вещество, из которого вокруг него образовался новый протопланетный диск, сильно наклоненный относительно оси вращения звезды. В нем, вероятно, сформировались планеты системы, которые затем приблизились к светилу, сохранив исходную ориентацию своих орбит.
Впрочем, нельзя исключать и более экзотический, пока чисто гипотетический сценарий. Ранее другие исследователи рассматривали возможность захвата звездой свободнолетящей планеты, которая в результате может оказаться в том числе на ретроградной орбите.
Если выводы ученых верны, то GJ 3090b двигалась в обратном направлении с самого начала. Это означает, что система может быть одним из наиболее убедительных свидетельств существования так называемых протопланетных дисков второго поколения. Последние возникают после притока нового вещества к уже сформировавшейся звезде.
Предложенный сценарий также предполагает, что остальные планеты системы GJ 3090 должны двигаться примерно в той же плоскости, что и ретроградный субнептун. Точно определить ориентации их орбит помогут дальнейшие наблюдения. Результаты научной работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.