Планета распухла и облегчилась

В старых популярных книжках по астрономии часто рисовали, как Сатурн плавает в огромном океане воды, опираясь о него своими кольцами. Дело в том, что средняя плотность планеты – около 0,69 г/см³, что меньше плотности воды. Вообще говоря, не утонул бы Сатурн даже в спирте или бензине, хотя и пошёл бы на дно, положи его в чистый гексан, пентан или бутан (более лёгкие углеводороды при комнатной температуре уже являются газами). 0,7 г/см³ – это стандартная плотность сухих берёзовых дров.

Однако Сатурн – рекордсмен лишь в Солнечной системе; за её пределами есть и менее плотные образования. Пару лет назад учёные нашли внесолнечную планету TrES-4, средняя плотность которой чуть больше 0,2 г/см³. Это необычное небесное тело, обращающееся вокруг звёздочки звёздной величины 11,5 в созвездии Геркулеса, почти в два раза больше Юпитера своими размерами, но притом меньше его по массе. Планету за её удивительно рыхлые параметры даже обозвали «Пушок», и астрономам пришлось изрядно почесать затылки, чтобы объяснить происхождение и физические характеристики этого тела.

Теперь «Пушку» нашли почти что брата-близнеца – планету WASP-15b.

Это небесное тело кружится вокруг звезды 11-й звёздной величины в созвездии Центавра, примерно в 1000 световых лет от нас. У неё примерно та же предельно низкая плотность, и она так же близка к своей звезде, которая тоже не сильно отличается от «звезды-хозяйки» TrES-4. Однако WASP-15b заслуживает ещё более нежного названия «Пушочек» – она почти вдвое легче «Пушка». И объяснить её удивительные параметры учёные пока не в состоянии.

И WASP-15b, и TrES-4 были открыты транзитным методом – по наблюдению крохотных изменений блеска звезды при прохождении планеты по диску светила. Только таким образом можно достоверно определить размеры небесного тела. При том можно оценить и его прозрачность, если измерять не только амплитуду «моргания», но и тщательно проследить за характером изменением блеска при вхождении планеты на диск звезды. Большинство планет не прозрачны, так что параметры, которые определяются по амплитуде, – не нижние границы, а реальные оценки размера этих небесных тел. Ровно так были определены и параметры WASP-15b и TrES-4.

Одного размера, разумеется, для определения плотности мало – нужна ещё и масса. Её определяют по колебаниям скорости звезды, которая на деле тоже крутится вокруг планеты (вернее, они обе крутятся вокруг общего центра масс). Правда, измерить мы можем только скорость вдоль луча зрения (по эффекту Доплера), а амплитуда колебаний такой так называемой лучевой скорости даёт лишь нижнюю оценку на массу. Но здесь на помощь снова приходит метод транзитов: ведь если планета затмевает звезду, значит, плоскость её орбиты почти точно совпадает с лучом зрения. Отсюда можно вычислить и массу.

Для WASP-15b получились значения массы 0,54 (+/– 0,05) масс Юпитера и радиус 1,43 (+/– 0,08) радиусов крупнейшей планеты Солнечной системы (первоначальная, сразу после открытия, оценка радиуса была на 30% меньше). Иными словами, «Пушочек» почти в полтора раза больше нашего гиганта, но притом в два раза его легче. Работа учёных из группы WASP под руководством Ричарда Уэста из британского Лестерского университета находится на рецензии в Astronomical Journal, но уже сейчас доступна на сайте электронных препринтов Корнельского университета.

Впору говорить о рождении целого класса новых «пушистых» планет.

И, как они образуются, какова их структура, никто пока не знает – они слишком велики. Не спасает даже гигантская средняя температура. Из-за того что и TrES-4, и WASP-15b крутятся всего в 7 миллионах километров от своих звёзд (полный оборот вокруг звезды они совершают за 3–4 земных дня), а сами звёзды чуть горячее и массивнее Солнца (спектральный класс F), равновесная температура поверхности планет составляет 1200–1300 градусов по Цельсию.

Однако, как показывают модели, этого не достаточно, чтобы привести к наблюдаемому распуханию. Нужен ещё какой-то источник энергии.

Учёные полагают, что таким источником может быть приливное взаимодействие между планетой и звездой – грубо говоря, трение одних слоёв планеты о приливные волны, возникающие в других слоях. На расстоянии от своей звезды в 20 раз меньшем, чем Земля от Солнца и при радиусе в 15 раз большем, чем земной, приливное взаимодействие должно быть сильнее примерно в 100 тысяч раз.

Возможно, этого и хватило бы, если бы не одно «но»: приливное трение должно было уже сто лет как синхронизовать обращение планеты вокруг светила и её вращение вокруг своей оси, зафиксировав какие-то стационарные течения газов в атмосфере планеты. Пока никто не знает, каким образом стационарные течения могут высвобождать необходимое количество тепла. Но астрономы наверняка что-нибудь придумают.