Возле карликовой звезды GJ 3512, которая находится всего в 30 световых годах от Солнца, астрономы обнаружили газовую планету, которая настолько велика по сравнению со своей центральной звездой, что, согласно принятой теории образования планет, она фактически не должна существовать.

Художественное представление похожей на Юпитер экзопланеты возле красного карлика. © CARMENES/RenderArea/J. Bollaín/C. Callego

Как сообщает команда ученых во главе с Хуаном Карлосом Моралесом из Института космических исследований Каталонии (IEEC) при Институте космических наук (ICE, CSIC) консорциума CARMENES, при участии Института астрономии им. Макса Планка (MPIA, Гейдельберг), в журнале Science, планета имеет необычайно большую массу по сравнению со своей родительской звездой GJ 3512. Исследователи пришли к выводу, что такие размеры планеты, вероятно, были вызваны гравитационным коллапсом в диске из газа и пыли, которым была окружена тогда еще молодая карликовая звезда.

Однако это противоречит широко распространенной в настоящее время модели формирования планет, которая требует твердого ядра для накопления окружающего газа. «Планеты являются побочным продуктом образования звезд», - объясняется в пресс-релизе MPIA. - «Они формируются в диске, из которого вышла и их материнская звезда. Основная модель формирования планет основана на идее, что объект из твердых частиц сначала накапливается в аккреционном диске. Гравитация же этого планетарного зародыша вызывает формирование атмосферы из окружающего газа».

Но в нашем случае все выглядит совершенно иначе: недавно обнаруженная газовая планета GJ 3512 b, по-видимому, образовывалась и развивалась непосредственно из диска - без образования ядра из твердого конденсата. Вместе со своей родительской звездой (GJ 3512) планета находится всего в 30 световых годах от Солнца и имеет массу, составляющую, по меньшей мере, половину массы Юпитера. На один оборот вокруг звезды у нее уходит 204 дня.

«Сама по себе GJ 3512 b не является чем-то необычным, - объясняют астрономы, - за исключением того, что она находится на орбите вокруг красного карлика. А звезда GJ 3512 имеет лишь 12% массы Солнца, поэтому соотношение масс между звездой и планетой составляет 270 к 1 или даже меньше. Для сравнения: Солнце в 1050 раз тяжелее Юпитера».

Именно эта деталь вызывает у физиков-теоретиков головную боль: «Диски из газа и пыли, из которые образуются звезды с малой массой, такие как GJ 3512, также должны быть с низким содержанием материала. Но этого слишком мало, как показывают модели, для создания планетарных эмбрионов, которые превращаются в газовых гигантов, таких как GJ 3512 b».

Графическое сравнение системы GJ 3512 с Солнечной системой и другими соседними планетными системами возле красных карликов. ©/источник: Guillem Anglada-Escude – IEEC/Science Wave, using SpaceEngine.org (Creative Commons Attribution 4.0 International; CC BY 4.0)

«Вариантом объяснения мог бы быть очень массивный диск, содержащий необходимые компоненты в достаточном количестве», - объясняет Хуберт Клар, который возглавляет рабочую группу по теории формирования планет в MPIA. - «Однако, если диск газа и пыли вокруг звезды обладает более чем 1/10 от массы звезды, гравитационного воздействия звезды оказывается недостаточно для поддержания стабильности диска. При этом становится заметной гравитация самого материала диска, что влияет на его (диска) структуру. Следствием этого становится гравитационный коллапс газа, как при образовании звезд. Однако такие массивные диски до сих пор у молодых карликовых звезд не наблюдались».

Ситуация осложняется еще и тем, что, похоже, уже имеются подтверждения существования и второй планеты, которая находится на более удаленной орбите вокруг GJ 3512. «В дополнение к этим двум планетам, высокоэллиптическая орбита GJ 3512b предполагает, что когда-то на нее гравитационно воздействовала и третья планета схожей массы», - сообщают исследователи. - «Однако эта гипотетическая третья планета, очевидно, была выброшена из планетной системы. То есть кроме самой GJ 3512 b, оригинальный аккреционный диск должен был обеспечить материал по крайней мере и для одной другой планеты. Но масса диска, которая понадобилась бы для этого, явно выходит за пределы современных моделей звездообразования и формирования планет».

Авторы этого исследования приходят к выводу, что так называемая модель «наращивания ядра» не в состоянии объяснить существование GJ 3512 b, и поэтому исследовали условия, при которых до сих пор довольно пренебрегаемый наукой сценарий гравитационного коллапса внутри среза из газа и пыли вокруг молодой звезды мог бы привести к образованию такой планеты как GJ 3512 b.

Используя различные подходы, они пришли к одному и тому же выводу, что GJ 3512b могла появиться именно благодаря такому процессу: «Области диска за пределами 10 а.е. (1 а.е. = 1 астрономическая единица: расстояние между Землей и Солнцем) от центральной звезды очень холодные, с температурами около 10 К (-263 ° C). Там термическое давление не может компенсировать гравитационное воздействие материала, так что он разрушается под действием собственного веса. После этого еще молодая планета должна была пройти значительное расстояние до своего текущего положения, которое находится на расстоянии значительно меньше 1 а.е. от центральной звезды. Это, в свою очередь, в определенной степени согласуется с современными моделями развития планетных систем».

«До сих пор единственными планетами, чье образование было совместимо с дисковой нестабильностью, была буквально горстка молодых, горячих и очень массивных планет вдали от их звезд-хозяек», - заключает Хуберт Клар. - «Теперь же в лице GJ 3512 b у нас есть экстраординарный кандидат на роль планеты, которая могла возникнуть вследствие нестабильности диска вокруг звезды с относительно малой массой. И эта находка заставит нас пересмотреть все наши существующие модели».