GJ 523b е около 2.5 пъти по-широка от Земята, но в това пространство тя е с маса приблизително 23.5 земни маси. Необичайната ѝ плътност е тласнала астрономите към ново обозначение за рядък клас светове: „мега-Земи“.

Планетата е първата екзопланета, открита и каталогизирана от изследователи от Центъра за изследване на произхода на Уисконсин в Университета на Уисконсин-Мадисън. Макс Крофт, докторант в лабораторията на доцента по астрономия Томас Бийти, ръководи работата.

Системата е и забележително млада. Екипът оценява възрастта ѝ на 169 милиона години, с несигурност, варираща от 48 милиона години по-млада до 100 милиона години по-възрастна. GJ 523b обикаля около звездата си на всеки 17.745740 дни.

„Хората използват фразата „мега-Земя“ повече от десетилетие, но никога не сме имали планета, която да ни позволи да кажем конкретно каква е тя“, казва Бийти.

GJ 523b има радиус 2.55 пъти земния и плътност 7.8 грама на кубичен сантиметър. Това я поставя в диапазон от размери, обикновено зает от суб-Нептунови планети, които често носят значителни слоеве от газ или друг материал с ниска плътност. Тази изглежда различна. Моделирането на интериора предполага, че е доминирана от скали и вода, с малка или никаква значителна водородно-хелиева обвивка. Изследователите твърдят, че нейните обемни свойства я правят една от най-плътните известни планети с нейния радиус.

„Това изобщо не е това, което очаквахме“, казва Крофт. „Плътни планети като тази не са рядкост, но обикновено са малки скалисти планети, подобни на Земята или Меркурий. Тази планета е два пъти и половина по-голяма от Земята.“

Равновесната температура на планетата се оценява на 538 келвина. Тя получава около 13.9 пъти повече слънчева светлина, отколкото Земята получава от Слънцето. Изследователите от WiCOR първоначално са търсили т.нар. хикейски светове: теоретичен клас планети с големи океани и умерени атмосфери, които потенциално биха могли да поддържат живот. GJ 523b обаче не се вписва в тази картина.

Сателитът за изследване на транзитиращи екзопланети (Transiting Exoplanet Survey Satellite или TESS) на НАСА първоначално идентифицира кандидата, като засече периодични спадове в яркостта на неговата звезда. Тези спадове се повтарят, когато планетата преминава пред звездата и блокира малка част от светлината ѝ. TESS регистрира системата в пет наблюдателни сектора. Екипът използва три сектора, съдържащи планетарни транзити, в окончателното си напасване. Измерената дълбочина на транзита е около 1107 части на милион.

Крофт и колегите му проследиха кандидата с високорезолюционния спектрограф NEID на 3.5-метровия телескоп WIYN в Националната обсерватория Кит Пийк. Тридесет измервания на радиалната скорост помогнаха да се определи колко силно планетата дърпа звездата си. Екипът използва и изображения с висока резолюция от обсерваториите Gemini North и Palomar, за да провери за близки звездни спътници, които биха могли да объркат измерванията. Нито един не беше открит в рамките на отчетените граници на чувствителност.

Звездната активност усложни сигнала за радиална скорост. Изследователите са използвали анализ, наречен SCALPELS, за да отделят промените във формата на спектралните линии, свързани със звездната активност, от доплеровите измествания, използвани за измерване на планетата.

GJ 523b не просто изглежда необичайно отвътре. Орбитата ѝ изглежда рязко разместена спрямо въртенето на звездата домакин.

От радиуса на звездата, периода на въртене и измерената скорост на въртене екипът изчисли звезден наклон от около 17.6 градуса. При описаните в статията допускания, това предполага минимален триизмерен орбитален наклон над 71.4 градуса. Този висок наклон е трудно да се впише в по-известните модели, наблюдавани сред по-малките планети. Досега не е открита планета спътник, въпреки че екипът казва, че далечен обект все още може да се крие извън обсега на настоящите наблюдения. Скромната ексцентричност на планетата от около 0.143 добавя още едно ограничение. Някои сценарии на бурна миграция биха могли да доведат до наклонена орбита, но изследователите изчисляват, че приливната циркулация би била твърде бавна, за да доведе лесно силно ексцентрична млада планета до сегашното ѝ състояние.

Няколко възможни пътя на образуване остават. GJ 523b може да се е образувала в наклонен протопланетен диск или взаимодействията с диска може да са променили орбиталната му ориентация. Гигантски удари може също да са отстранили първичната атмосфера, като същевременно са увеличили масата на ядрото на планетата. Друга възможност включва хибрид от акреция на камъчета и планетизими. В този сценарий бързият ранен растеж, последван от по-бавно бомбардиране, би могъл да забави акрецията на газ достатъчно дълго, за да може околният газов диск да се разсее.

Екипът предлага наблюдателно определение за мега-Земи: планети с радиуси от 2.1 до 5 земни радиуса и плътност от поне 5.5 грама на кубичен сантиметър.

Класификацията е предназначена да отдели необичайно плътните планети от обикновените под-Нептуни, дори когато заемат сходни диапазони на размери. Изследователите са идентифицирали 12 други добре характеризирани планети, които отговарят на предложените критерии, в допълнение към GJ 523b. Тези светове се различават значително по орбитален период, температура, възраст, тип звезда домакин и архитектура на системата. Това разнообразие е аргумент срещу третирането на мега-Земите като продукти на един споделен път на формиране.

Вместо това предложената категория се основава на това, което астрономите могат да измерят: планети над радиусната разлика, които са твърде плътни, за да съдържат значителни водородно-хелиеви обвивки.

Снимка: Unsplash/Max Kroft et al, arXiv

Виж още: И днес данните от Антарктика се изнасят на твърди дискове в куфари. Тази държава иска да промени това