С открытием более пяти тысяч планет за пределами Солнечной системы мы знаем, что там, в глубинах космоса, скрываются настоящие гиганты. Но насколько огромными они могут быть?
Вскоре после изобретения телескопа стало ясно, что Юпитер – самая большая планета в нашей системе. Он удерживал этот титул почти 400 лет. Однако с открытием многочисленных экзопланет (планет за пределами Солнечной системы) рекорд Юпитера был побит многократно.
Но однозначного ответа на вопрос о самой большой планете пока нет – есть несколько претендентов.
Что такое планета?
В 2005 году Международный астрономический союз (МАС) принял официальное определение планеты, вызвав споры, особенно в отношении Плутона, который был исключен из этой категории. Однако вопросы возникают и по поводу очень больших объектов.
Планета – это небесное тело, вращающееся вокруг звезды (или находящееся с ней на общей орбите), но недостаточно массивное, чтобы в его ядре происходил термоядерный синтез, как у звезды.
Кроме того, планета должна находиться в гидростатическом равновесии (то есть быть практически сферической) и гравитационно доминировать в своей области пространства. Понятие “доминирования” до сих пор вызывает споры, но это проблема для малых планет, а не для гигантов.
Сложность с крупными объектами заключается в том, что дейтерий (тяжелый изотоп водорода) легче вступает в термоядерный синтез, чем обычный водород. Это приводит нас к категории объектов, называемых коричневыми карликами. В их ядрах достаточно гравитационного давления для синтеза дейтерия, но не водорода.
Поскольку дейтерия мало, коричневые карлики излучают лишь крошечную долю света по сравнению с настоящими звездами, что затрудняет их отличие от обычных планет.
Некоторые астрономы предлагают включить коричневые карлики в категорию планет, а некоторые идут еще дальше, предлагая включить туда и белые карлики. Если бы это произошло, то белые карлики были бы самыми маленькими, но самыми массивными планетами из известных нам.
Однако МАС отвергает оба этих предложения. Определение МАС гласит, что планета не должна превышать предельную массу для термоядерного синтеза дейтерия, которая “в настоящее время рассчитана как 13 масс Юпитера для объектов с солнечной металличностью”.
Как видно из последней части определения, масса, необходимая для запуска термоядерной реакции, зависит от состава. Не зная соотношения водорода и более тяжелых элементов, мы не можем четко разграничить планеты и коричневые карлики в определенном диапазоне масс.
Определение МАС также исключает объекты, которые слишком велики по сравнению с тем объектом, вокруг которого они вращаются. Это относится к так называемым “планетам-сиротам”, которые свободно дрейфуют в галактике, не будучи гравитационно связанными ни со звездой, ни с коричневым карликом.
Существует предположение, что “планет-сирот” может быть даже больше, чем обычных планет, но их гораздо сложнее обнаружить. Тем не менее, недавно в туманности Ориона было обнаружено около 100 таких планет. Некоторые из них очень велики – настолько, что могут быть коричневыми карликами (например, 2M1207-3900).
Чтобы не спорить с МАС (по крайней мере, до тех пор, пока они не изменят свое определение), мы исключим эти объекты из нашего списка кандидатов.
Так какая же планета самая большая? А какая самая массивная?
Даже сузив круг претендентов, мы не можем дать точный ответ. Существуют погрешности в оценках масс и, что еще важней, размеров экзопланет.
Эти погрешности настолько велики, что диапазоны для разных планет-кандидатов пересекаются. Кроме того, для многих объектов мы не можем с уверенностью сказать, являются ли они планетами или коричневыми карликами.
GQ Lupi b – один из претендентов, но мы не знаем, происходит ли в его ядре синтез дейтерия. Было предпринято как минимум четыре попытки оценить его радиус, и результаты варьируются от 1,8 до 4,6 радиусов Юпитера. Последняя оценка имеет особенно большую погрешность, поэтому этот гигант может достигать 6 радиусов Юпитера (более чем в 200 раз превышая его объем).
Трудность оценки размеров GQ Lupi b связана с его юным возрастом. Молодые планеты все еще сохраняют много тепла, выделившегося при их формировании. Температура GQ Lupi b составляет около 2000°C, и трудно сказать, обусловлено ли это только теплом образования или же в его ядре уже происходит термоядерный синтез.
Вдобавок ко всему, эта планета находится так далеко от своей звезды (в 3,3 раза дальше, чем Нептун от Солнца), что мы не можем точно измерить ее массу, наблюдая за гравитационным воздействием на звезду. С другой стороны, именно благодаря сочетанию тепла и удаленности от звезды мы можем напрямую наблюдать этот гигантский объект.
Еще больше неопределенности окружает HD 100546 b: оценки его размера, массы и даже того, является ли он вообще планетой, сильно разнятся. Стоит обратить внимание на этот объект, ведь он возглавляет список самых больших планет в архиве экзопланет НАСА, но пока рано говорить о победе.
Меньше разногласий вызывает PDS 70 b. Одна из оценок его радиуса составляет 2,72 радиуса Юпитера, другая – просто утверждает, что он точно превышает 1,3 радиуса Юпитера. Это делает его сильным претендентом на звание самой большой планеты по объему, если исключить из гонки коричневые карлики. Его статус планеты не вызывает сомнений: его масса находится в диапазоне от 2 до 8 масс Юпитера, что делает его очень большим, но все же далеким от порога термоядерного синтеза.
DH Tauri b имеет примерный размер PDS 70 b, но и его подозревают в том, что он может быть коричневым карликом.
Если вам надоела эта неопределенность, то HAT-P-67 b – ваш кандидат. В отличие от предыдущих планет, эта планета проходит по диску своей звезды с точки зрения земного наблюдателя. Это позволило оценить его радиус в 2,085 радиуса Юпитера с необычайно малыми погрешностями. Однако он не претендует на звание самой массивной планеты – его масса ближе к массе Сатурна, чем Юпитера, что указывает на очень низкую плотность, вызванную близостью к звезде.
Существует полдюжины планет с расчетными размерами, очень близкими к HAT-P-67 b (один из них даже немного больше), но с гораздо большими погрешностями. Так что любая из них может оказаться самой большой.
Если же вы ищете самую массивную планету, то задача становится еще сложнее – любой объект с достаточной для этого массой автоматически попадает под подозрение в том, что он является коричневым карликом.
Читайте также: Таинственный Феникс – экзопланета с атмосферой вблизи звезды, заставляющая ученых пересмотреть теории планетарной эволюции
