WD 1856+534 b: первая планета-гигант у белого карлика
Категория: ЭкзопланетыУ древнего белого карлика обнаружена планета-гигант, которой там не должно быть.
Владислава Ананьева
Белые карлики – конечный продукт звездной эволюции звезд малых и средних масс. Они вызревают в недрах звезд после исчерпания термоядерного топлива – водорода и (у звезд большей массы) гелия. Белые карлики – очень маленькие, очень плотные «звездные огарки», лишенные внутренних источников энергии. Они светят за счет накопленных запасов тепла и с течением времени медленно остывают. Когда-нибудь белым карликом станет и наше Солнце.
Перед тем, как стать белым карликом, звезда проходит стадию красного гиганта. После схода с главной последовательности ее атмосфера разбухает, а видимый радиус увеличивается в 102-103 раз. На этом этапе те планеты, чьи орбиты проходят примерно внутри орбиты Земли, поглощаются звездой и, скорее всего, полностью испаряются. Поэтому вокруг белого карлика образуется пустая область поперечником не меньше астрономической единицы, где планет быть не должно. Однако иногда они там все же встречаются.
15 сентября 2020 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная открытию планеты-гиганта у белого карлика WD 1856+534. TESS, наблюдая эту звезду на 14 секторе, обнаружила V-образные транзиты глубиной 56% с периодом 1.408 суток. Продолжительность транзита составила всего 8 минут! Это гораздо меньше, чем транзиты планет по дискам солнцеподобных звезд, которые обычно длятся часами. После обнаружения транзитного кандидата звезда получила альтернативное наименование TOI-1690. По расчетам исследователей, белый карлик частично затмевало тело радиусом 0.93 ± 0.09 радиусов Юпитера.
Однако как измерить массу кандидата? Спектральный класс WD 1856+534 – DC, это означает, что его спектр полностью лишен линий и соответствует спектру абсолютно черного тела с температурой 4710 ± 60К. Нет линий – нельзя по их сдвигу измерить лучевую скорость. А радиус, близкий к радиусу Юпитера, может иметь и планета-гигант, и коричневый карлик, и маломассивная звезда.
Чтобы ограничить массу транзитного кандидата, 16 декабря 2019 года авторы пронаблюдали транзит с помощью космического телескопа им. Спитцера в лучах с длиной волны 4.5 мкм. Они исходили из следующих соображений: звезда или тяжелый коричневый карлик должны сами излучать в инфракрасном диапазоне, а значит, транзит на волнах 4.5 мкм должен выглядеть не таким глубоким. Если же кандидат является холодной планетой, глубина транзита не изменится. Так и вышло – в ИК-лучах затмевающее тело излучало не больше 6.1% энергии всей системы. Исходя из этого ограничения, масса кандидата не должна превышать 13.8 масс Юпитера, то есть почти полностью попадает в диапазон планетных масс.
WD 1856+534 – старая звезда: только в виде белого карлика она провела уже 5.9 ± 0.5 млрд. лет, полный возраст звезды превышает 10 млрд. лет. Ее масса оценивается в 0.518 ± 0.055 солнечных масс, радиус составляет всего 1.43 ± 0.06 радиусов Земли! Древний возраст и низкая светимость приводят к тому, что, хотя планета вращается на расстоянии всего 0.0204 ± 0.0012 а.е., ее эффективная температура оценивается лишь в 163 ± 18К, что соответствует Главному поясу астероидов в Солнечной системе.
Пока не ясно, как эта экзотическая система могла сформироваться. Авторы рассмотрели вариант двойной с общей оболочкой, который иногда реализуется в случае тесных двойных из белого и красного карликов, но сами отвергли эту гипотезу (легкая планета не смогла бы рассеять оболочку красного гиганта – прародителя WD 1856+534, и остаться на текущей орбите). Скорее всего, WD 1856+534 b изначально была на широкой орбите, но после сброса оболочки красным гигантом его планетная система потеряла устойчивость, и после эпизода планет-планетного рассеяния одна из планет перешла на резко эксцентричную орбиту с низким перицентром, которая в дальнейшем была скруглена приливными силами.
Будущие наблюдения этой системы с помощью JWST поможет точнее оценить массу планеты и определить свойства ее атмосферы.
Источник: https://arxiv.org/pdf/2009.07282.pdf