Найдена планета, которая вот-вот упадёт на звезду

Планета WASP-12b постепенно приближается к своей звезде.

Иллюстрация NASA/JPL-Caltech.

Астрономы обнаружили, что экзопланета WASP-12b приближается к своей звезде и вскоре будет ею разрушена. Это первая планета, для которой был обнаружен такой эффект. Открытие прольёт свет не только на судьбу планетных систем, но и на внутреннее строение звёзд.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.

WASP-12b относится к горячим юпитерам. Так называют экзопланеты размером с Юпитер, расположенные очень близко к своим звёздам. WASP-12b делает полный оборот вокруг светила всего за 1,09 земных суток.

"С момента открытия первого горячего юпитера в 1995 году – открытия, отмеченного Нобелевской премией по физике за 2019 год, – мы задавались вопросом, как долго может просуществовать такая планета", – рассказывает соавтор статьи Джошуа Винн (Joshua Winn) из Принстонского университета.

Гибель титанов

Дело в том, что близкая планета-гигант вызывает в недрах звезды настоящие приливы и отливы. Поднимающиеся и опускающиеся волны газа тормозятся трением об окружающее вещество. В результате гравитационная энергия планеты превращается в тепло, выделяющееся из-за этого трения. Теряя энергию, небесное тело подходит ближе к своему солнцу. Это вызывает внутри последнего ещё более мощные приливы, и всё повторяется с новой силой.

Разумеется, и светило вызывает приливы и отливы в недрах экзопланеты. И в конце концов планета подходит к звезде так близко, что эти движения вещества просто разрывают обречённый мир, превращая его в протяжённое газовое облако.

При этом от планеты-гиганта может остаться скалистое ядро, удерживающее остатки газа. Возможно, некоторые из известных учёным суперземель и мининептунов представляют собой подобные "сердца" разрушенных горячих юпитеров.

Такая картина рисуется теоретиками. Но до сих пор не удавалось найти хоть одну планету, которая приближается к своей звезде достаточно быстро, чтобы наблюдатели могли обнаружить и измерить это движение.

Неясно было даже, можно ли на это рассчитывать с существующим уровнем техники. Эксперты затруднялись с ответом, сколько времени должен занять процесс сближения со звездой. Это могли быть как миллионы, так и миллиарды и даже триллионы лет. Для сравнения: текущий возраст Земли (и одновременно – оставшееся ей время жизни) составляет около 4,5 миллиарда лет, а Большой взрыв произошёл около 13,8 миллиарда лет назад. Первые представители рода Homo выделились из австралопитеков около 2,5 миллиона лет назад.

Факты и гипотезы

Надежду на ответ принесла планета WASP-12b, расположенная на расстоянии 600 световых лет от Земли в созвездии Возничего. Она была обнаружена в 2008 году методом транзитов. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно писали об этом подходе, подарившем человечеству более 70% из примерно 4100 открытых на сегодня миров.

Напомним, что транзит – это прохождение экзопланеты между её солнцем и земным наблюдателем. Экзопланета затмевает часть света звезды, и наблюдаемая яркость последней характерным образом падает. Эти периодические потемнения и указывают на существование далёкого мира.

В 2017 году астрономы обнаружили, что время между двумя последовательными транзитами WASP-12b сокращается на 29 ± 2 миллисекунды в год. Это могло указывать на то, что планета приближается к звезде. Но были и другие варианты.

Например, орбита Земли постепенно поворачивается вокруг Солнца, как показано на анимации ниже (полный оборот совершается за 112 тысяч лет). Этот процесс известен как прецессия линии апсид. Можно было предположить, что промежуток между транзитами WASP-12b меняется из-за такого же явления, а не приближения планеты к звезде.

Не исключено было также, что сокращение промежутка между транзитами – кажущееся. Ещё в XVII веке датский астроном Оле Рёмер обнаружил, что затмения спутников Юпитера родительской планетой наблюдаются раньше, когда гигант находится ближе к Земле, и позже – когда он дальше. Так учёный открыл, что скорость света не бесконечна, и даже измерил её (впервые в истории). Свету приходилось преодолевать разное расстояние, поэтому наблюдатель и видел затмения в разное время. Нельзя было исключать, что этот эффект работал и в случае WASP-12b.

Планета на краю пропасти

Тщательные наблюдения на нескольких инструментах, результаты которых представлены в новой статье, позволяют отбросить альтернативные гипотезы. Астрономы измерили продолжительность вторичных затмений (когда планета скрывается за диском звезды) и выяснили, что она меняется так же, как и длительность транзитов. Это помогло исключить гипотезу о прецессии линии апсид. Измерив скорость движения планеты, исследователи отказались и от версии с эффектом Рёмера. Осталось одно правдоподобное объяснение: приближение планеты к звезде.

По расчётам авторов, WASP-12b осталось жить около трёх миллионов лет. Это важная информация для понимания эволюции планетных систем. Если горячие юпитеры существуют столь недолго, то во многих наблюдаемых системах они могли уже разрушиться.

Кроме того, новые данные помогут лучше понять и внутреннее строение звёзд. Ведь скорость смертоносного сближения, напомним, зависит от силы приливов и отливов, вызванных планетой в звёздных недрах.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, у каких миров меньше шансов упасть на звезду после превращения её в белый карлик. Также мы говорили об испаряющихся планетах.