Наблюдения за звездой Kepler-107 в течение трех лет позволили астрономам определить массу двух суперземель на ее орбите, которые, как оказалось, при одинаковом размере демонстрируют исключительно разные плотности и, следовательно, химические составы. Проведя моделирование на основе имеющихся данных, исследователи установили, что более массивная из них могла сформироваться в результате катастрофического лобового столкновения двух схожих по размеру объектов в эпоху зарождения планетарной системы. Выводы ученых представлены в журнале Nature Astronomy.
«Ядро более массивной и плотной Kepler-107c содержит, по крайней мере, в два раза больше железа, чем ядро Kepler-107b. Такое разнообразие в составе может быть объяснено либо лобовым столкновением Kepler-107c вскоре после формирования с протопланетой той же массы, либо нескольким столкновениям с меньшими телами. Эти воздействия могли оторвать часть силикатной мантии Kepler-107c, уменьшив ее долю по сравнению с железом, и сделав экзопланету плотнее, чем она была изначально», – пишут авторы исследования.
Звезда Kepler-107 располагается на расстоянии примерно 1620 световых лет от Солнца в направлении созвездия Лебедь. Помимо двух суперземель в ее системе также проживают экзопланета Kepler-107d, которая немного уступает по размеру Земле, и мининептун Kepler-107e, вероятно, имеющий газовую оболочку из водорода и гелия. Это чрезвычайно компактное семейство, так как все его члены находятся к звезде ближе, чем орбита Меркурия. Исследователи предполагают, что изначально планеты Kepler-107 образовались намного дальше от звезды, а затем мигрировали внутрь системы.
Чтобы определить массы и, следовательно, плотности планет системы, особенно двух внутренних суперземель, международная группа астрономов почти три года наблюдала звезду Kepler-107 с помощью спектрографа HARPS-N, установленного на «Telescopio Nazionale Galileo» обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на Канарских островах.
В итоге, было установлено, что экзопланеты Kepler-107b и Kepler-107c обладают массой около трех и девяти масс Земли соответственно и вращаются очень близко к своей родительской звезде на расстоянии 0,045 и 0,060 астрономической единицы. Размер этих раскаленных миров примерно одинаковый, в 1,5-1,6 раза больше нашей планеты. Значительная разница в массе между двумя «сестрами» при одинаковых размерах подтолкнула астрономов провести моделирование, которое должно было помочь раскрыть их природу.
Симуляция показала, что единственным сценарием создания Kepler-107c, соответствующим текущим наблюдениям, является гигантское столкновение двух схожих по массе протопланет. Удар выбросил большое количество силикатной мантии, оставив экзопланете высокое содержание железа и, следовательно, высокую плотность, аналогичную наблюдаемым характеристикам. Считается, что гигантские столкновения между протопланетами происходили в ранней истории Солнечной системы. Так, наш спутник Луна, вероятно, появилась после встречи Земли с телом размером с Марс.
«Это первый случай, когда мы наблюдаем последствия столкновений внесолнечных миров. Только этот удивительный сценарий в полной мере объясняет одинаковый размер экзопланет при таком различии в плотности», – пояснил Альдо Бономо, ведущий автор исследования из Национального института астрофизики Италии. Открытие подтвердило более раннюю теоретическую работу, предполагающую, что гигантские удары между планетами играют роль в процессе их формирования. Если гипотеза ученых подтвердится, она свяжет общую модель становления Солнечной системы с системой Kepler-107, которая сильно отличается от нашей.
