Планетная система «в движении»: астрономы впервые увидели, как орбиты экзопланет меняются в реальном времени

Система TOI-201, открытая с помощью антарктического телескопа ASTEP, демонстрирует редкую динамическую перестройку

Астрономы обнаружили необычную планетную систему TOI-201, в которой орбиты объектов меняются настолько быстро, что их можно наблюдать в реальном времени. Открытие стало возможным благодаря данным антарктического телескопа ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) в сочетании с наблюдениями космического телескопа NASA TESS, наземной сети LCOGT, а также данных телескопов в Чили, Австралии и Южной Африке.

Система TOI-201 находится вокруг звезды, которая примерно на 30% массивнее и на 30% крупнее Солнца, но при этом её возраст составляет лишь около 1/10 возраста Солнечной системы. Внутри этой системы обнаружены три разных по природе объекта.

Первый — «супер-Земля», каменистая планета массой в 6 раз больше Земли, обращающаяся вокруг звезды каждые 5,8 суток. Второй — газовый гигант TOI-201b, обладающий массой около половины массы Юпитера (164 массы Земли), совершающий оборот за 53 дня. Третий объект — самый массивный: в 16 раз тяжелее Юпитера (5000 масс Земли) и движется по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом около 7,9 года, напоминающей орбиты комет.

По словам профессора Амори Трио из Университета Бирмингема, система резко отличается от типичных «упорядоченных» планетных архитектур. Обычно планеты формируют согласованные структуры с близкими орбитальными характеристиками и общими плоскостями движения. В TOI-201 ситуация противоположная: объекты различаются по природе и сильно взаимодействуют гравитационно.

Ключевую роль в динамике системы играет внешний массивный объект. Его вытянутая и наклонённая орбита создаёт сильное гравитационное воздействие на внутренние планеты, вызывая изменения в их движении. Это приводит к смещениям времени транзитов — моментов, когда планеты проходят перед своей звездой, а также к изменениям углов их орбит. Это делает TOI-201 крайне динамичной системой по сравнению с большинством известных экзопланетных систем, которые остаются стабильными на протяжении миллионов или миллиардов лет. Учёные отмечают, что в результате этих процессов планеты перестанут выстраиваться перед звездой примерно через 200 лет.

Астроном из Обсерватории Лазурного берега Тристан Гийо отметил, что в Солнечной системе орбиты планет почти копланарны (лежат в одной плоскости), тогда как в системе TOI-201 наблюдается выраженная несогласованность орбитальных плоскостей. По его словам, это может указывать на активную перестройку системы и позволяет увидеть процессы, характерные для ранних этапов формирования планет.

Особую роль в открытии сыграла станция ASTEP, расположенная на антарктическом плато Конкордия — одном из самых изолированных мест на Земле, на высоте 3,2 км над ледниковым щитом. Зимой здесь наступает длительная полярная ночь, а температура может опускаться до −80 °C. Именно такие условия позволяют вести непрерывные наблюдения за долгопериодическими системами.

Данные TESS зафиксировали крайне редкий транзит внешнего объекта, а наземные телескопы заметили внезапное гравитационное «подтягивание» звезды в момент его максимального сближения. Дополнительные подтверждения были получены от спутника ESA Gaia.

Профессор Трио описал один из ключевых эпизодов наблюдений: при отслеживании TOI-201b планета внезапно начала проходить транзит примерно на 30 минут позже ожидаемого времени. Это резкое отклонение стало первым сигналом сложной гравитационной динамики системы и было подтверждено международной группой наблюдателей.

Также отмечается, что благодаря своей орбите TOI-201b может стать одним из редких объектов, доступных для прямого наблюдения теплового излучения. В этом случае планету можно изучать сразу несколькими методами и использовать для калибровки моделей экзопланет.