Жизнь «горячих Юпитеров» напрямую связана с металличностью их звёзд

«"Горячие Юпитеры" — это разновидность красного флага, символизирующего, что привычная нам простая картина формирования планетарных систем имеет изъяны», — уверена Ребекка Доусон (Rebekah Dawson) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США). Исследователь ведёт речь о стандартной картине образования планет, по которой планета после возникновения остаётся примерно там же, где и возникла. «Горячие Юпитеры» в этом смысле напоминают следы тропического климата и соответствующей жизни, найденные в Антарктиде: перед нами явное свидетельство миграции, ведь газовый гигант не может сформироваться столь близко от родительской звезды. Следовательно, раскалённые гигантские планеты, отстоящие от светила ближе, чем Меркурий от Солнца, почему-то мигрировали «внутрь» своей системы.

В иных обстоятельствах наш Юпитер мог оказаться ближе к Солнцу, чем любая из планет системы, попутно, возможно, отправив остальных в поистине космические дали. (Здесь и ниже иллюстрации NASA, JPL.)

Что именно двигает огромные экзопланеты к звёздам? Многие из них характеризуются наклонённой орбитой, расположенной под большим углом к плоскости эклиптики их системы; другие же имеют сильно вытянутые орбиты, с большим эксцентриситетом. «Неправильность» означает, что перемещение с более далёкой орбиты было быстрым и бурным, с сильнейшим взаимодействием с другими планетами системы.

Ребекка Доусон попробовала выяснить, есть ли корреляция между насыщенностью родительских звёзд тяжёлыми элементами, такими как железо, и наличием у них «горячих Юпитеров». Оказалось, что чем выше содержание железа в родительских светилах, тем больше вероятность встретить рядом с ним газовый гигант, имеющий вытянутую орбиту и при этом часто не лежащий в плоскости эклиптики системы. Если для бедных железом звёзд 99,6% газовых гигантов ближе 1 а. е. имели «правильные» орбиты, то у богатых железом 98,3% они были «неправильными».

Г-жа Доусон объяснила это тем, что у «железистых» звёзд был такой же по составу протопланетный диск, из которого быстрее образовывались плотные ядра твёрдых пород, служащие основой для газовых гигантов вроде Юпитера и Сатурна. Эти «драконьи зубы» у действительно богатых тяжёлыми элементами дисков были относительно многочисленны, из-за чего там возникало много газовых гигантов. А чем больше гигантов в одной системе, тем меньше вероятность того, что они уживутся, не повлияв на свои орбиты. В гравитационном резонансе кто-то вынужденно будет перемещён к местному солнцу, а кто-то, возможно, навсегда покинет систему.

Иные газовые гиганты так близки к своей звезде, что, как WASP-12b, со временем могут быть разрушены её излучением.

Как это часто бывает, вскоре обнаружилось, что астроном Стюарт Тэйлор (Stuart Taylor) из Гонконга направил г-же Доусон письмо с информацией о том, что уже сообщил о сходной корреляции на астрономической конференции в Пекине летом 2012 года. Впрочем, г-н Тейлор посчитал изобилие железа у родительской звезды не причиной миграции гигантов, а её следствием: согласно современным взглядам, миграция планеты-гиганта к своей звезде будет плохой — и часто последней — новостью в жизни малых планет, находившихся между будущим «горячим Юпитером» и его солнцем. Скорее всего, землеподобные планеты на этом пути будут сброшены на звезду, обогатив её внешние слои железом и прочими тяжёлыми элементами. Это объяснение, по словам его автора, совместимо с концепцией Ребекки Доусон: оба процесса, массового рождения газовых гигантов и падения планет-жертв миграции на звезду, могут взаимно дополнять друг друга.

Впрочем, с учётом стандартного соотношения масс светил и землеподобных планет, вращающихся вокруг них, трудно представить, как планеты с их небольшими массами могут существенно повлиять на концентрацию железа у такого тяжёлого объекта, как звезда.

Остаётся только порадоваться тому, что из-за не слишком высокой концентрации железа на Солнце наши Уран и Нептун не набрали массу Юпитера и Сатурна, ибо тогда они смогли бы катапультировать к нему вышеупомянутых гигантов, попутно снизив вероятность возникновения жизни на Земле. Впрочем, есть мнение, что на самом деле нечто подобное всё же произошло, и газовых гигантов в Солнечной системе вначале было больше.

Отчёт об исследовании будет опубликован 20 апреля в издании Astrophysical Journal Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Scientific American.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!

blog comments powered by Disqus