TOI-332 b: горячий мини-нептун экстремально высокой плотности
Категория: ЭкзопланетыПредставлена планета с радиусом 3.2 радиуса Земли, чья масса достигает 57.2 масс Земли, а средняя плотность – 9.6 г/куб.см. Это самый плотный мини-нептун, известный к настоящему моменту.
Владислава Ананьева
Если расположить известные экзопланеты на плоскости «Орбитальный период – Радиус» или «Орбитальный период – Масса», то обнаружится обширная область, где планет очень мало. Эту область называют «пустыня горячих нептунов». Пустыня горячих нептунов охватывает планеты с периодами короче 5 суток и радиусами от 2 до 9 радиусов Земли (массами от 10 до 250 масс Земли). Происхождение «пустыни» пока не очень ясно, считается, что за ее нижнюю границу отвечает процесс фотоиспарения водородных атмосфер небольших планет, а за верхнюю – приливное разрушение легких газовых гигантов.
Изучение планет, попадающих в пустыню горячих нептунов или находящихся вблизи ее границ, помогает лучше понимать причину появления этой особенности. Очень важно измерять массы горячих нептунов и мини-нептунов – это позволяет определять их среднюю плотность, а значит – накладывать ограничения на химический состав. И на этом пути исследователей нередко поджидают сюрпризы.
24 августа 2023 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная измерению массы горячего мини-нептуна TOI-332 b. Планета оказалась неожиданно массивной и очень плотной, так что теоретикам придется поломать голову, чтобы объяснить ее происхождение.
TOI-332 – оранжевый карлик спектрального класса K0 V, удаленный от нас на 222.9 ± 3.7 пк. Его масса оценивается в 0.88 ± 0.02 солнечных масс, радиус – в 0.87 ± 0.03 солнечных радиусов, светимость примерно вдвое меньше солнечной. Звезда отличается повышенным содержанием тяжелых элементов – их примерно в 1.8 раза больше, чем в составе Солнца. Возраст TOI-332 составляет 5.0 ± 2.3 млрд. лет.
TOI-332 попала на 1, 2 и 28 сектора TESS. Кривая блеска звезды продемонстрировала транзитный сигнал с периодом 0.777 земных суток (18 часов 39 минут) и глубиной, соответствующей планете радиусом 3.20 ± 0.16 радиусов Земли. После стандартной процедуры валидации авторы получили 16 измерений лучевой скорости звезды с помощью спектрографа HARPS. Масса планеты оказалась равной 57.2 ± 1.6 масс Земли! Это приводит к средней плотности 9.6 ± 1.3 г/куб.см – исключительно много для мини-нептуна. TOI-332 b вращается вокруг своей звезды на расстоянии всего 3.94 ± 0.12 звездных радиуса, ее эффективная температура достигает 1871 ± 30 К (в предположении нулевого альбедо и эффективного теплопереноса на ночную сторону).
Измеренная средняя плотность соответствует железокаменному составу с примесью 27% воды без существенной водородно-гелиевой атмосферы, или железокаменному составу без воды с водородно-гелиевой атмосферой массой 1.8 ± 0.6%, или чему-то промежуточному.
- Планета TOI-332 b (подписана) на плоскости «Масса – Радиус» среди других транзитных планет с измеренной массой. Цветом показана эффективная температура планет, цветовая шкала расположена справа от графика. Для сравнения приведены также Уран и Нептун (показаны черными треугольниками). Цветные пунктирные линии демонстрируют модельные соотношения масса-радиус для планет различного химического состава (состоящих из воды, представляющих из себя железокаменное ядро + 27% воды, земного состава, состоящих из железа).
Такое массивное ядро, как у TOI-332 b, должно быть окружено протяженной водородной атмосферой, а сама планета должна быть газовым гигантом. Почему она почти или же полностью лишена водорода, остается загадкой. Фотоиспарение при такой массе не играет существенной роли. Возможно, планета образовалась в результате колоссального столкновения двух газовых гигантов, рассеявшего львиную долю водорода и гелия, или же она сформировалась в протопланетном диске, богатом минеральной пылью, но бедном газом.
TOI-332 b является интересной целью для эмиссионной спектроскопии с помощью JWST. Возможно, удастся измерить фазовую кривую этой планеты, а значит – определить температуры дневного и ночного полушарий и альбедо поверхности.
Источник: https://arxiv.org/pdf/2308.12137.pdf