|
Откуда берутся планеты-изгои
|
|
|
|
Существует множество планет, которые дрейфуют в космосе, не привязанные ни к каким звездам. Их называют планетами-изгоями или свободно плавающими планетами (FFP). Некоторые FFP формируются как одиночки, никогда не наслаждавшиеся обществом звезд. Но большинство из них так или иначе покидают солнечные системы, и это может произойти разными путями. Один исследователь решил попытаться понять популяцию FFP и то, как они появились. В научной литературе FFP также называют объектами с изолированной планетарной массой (IPMO), но независимо от того, какое название используется, это одно и то же. Эти планеты блуждают в межзвездном пространстве сами по себе, без каких-либо связей со звездами или другими планетами. FFP загадочны, потому что их чрезвычайно трудно обнаружить. Но астрономы становятся все лучше в этом и получают все более совершенные инструменты для решения этой задачи. В 2021 году астрономы предприняли решительные усилия, чтобы обнаружить их в верхних слоях созвездия Скорпиона и Змееносца, и обнаружили 70 из них, а возможно, и гораздо больше.
|
|
|
|
В общих чертах, существует два способа образования FFP. Они могут образовываться, как и большинство планет, в протопланетных дисках вокруг молодых звезд. Эти планеты образуются путем аккреции пыли и газа. Или они могут образовываться подобно звездам, коллапсируя в облаке газа и пыли, не связанных со звездой. Для планет, которые формируются вокруг звезд и в конечном итоге выбрасываются, существуют различные механизмы выброса. Они могут быть выброшены в результате взаимодействия со своими звездами в двойной звездной системе, они могут быть выброшены в результате пролета звезды или в результате межпланетного рассеяния. Стремясь лучше понять популяцию FFP, один исследователь изучил выброшенные FFP. Он смоделировал планеты-изгои, которые возникают в результате межпланетных взаимодействий, и те, которые происходят из двойных звездных систем, где взаимодействие с их двойными звездами приводит к их выбросу. Может ли быть какой-то способ отличить их друг от друга и лучше понять, как появились эти объекты?
|
|
|
Новая статья под названием "О свойствах свободно плавающих планет, происходящих из околопланетных систем" посвящена этой проблеме. Автор - Гэвин Коулман с факультета физики и астрономии Лондонского университета Королевы Марии. Статья будет опубликована в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества и доступна на сервере препринтов arXiv.В своей статье Коулман отмечает, что исследователи изучили, как образуются FFP, но предстоит еще многое сделать. "Многочисленные работы исследовали механизмы формирования таких объектов, но пока не дали прогнозов относительно их распределения, которые могли бы различать механизмы формирования", - пишет он. Коулман фокусируется на выброшенных звездах, а не на звездах, которые сформировались как "посторонние". Он избегает планет-"посторонних", которые являются результатом взаимодействия с другими планетами, потому что рассеяние между планетами не так значительно, как при других типах выбросов. "Стоит отметить, что рассеяние планет вокруг одиночных звезд не может объяснить большое количество FFP, наблюдаемых в ходе наблюдений", - объясняет Коулман.
|
|
|
|
В своей работе Коулман выделяет двойные звездные системы и их околозвездные планеты. Предыдущие исследования показали, что планеты естественным образом выбрасываются из околозвездных систем. В своем исследовании Коулман смоделировал двойные звездные системы и поведение планет, выброшенных из этих систем. "Мы обнаруживаем значительные различия между планетами, выброшенными в результате межпланетных взаимодействий, и планетами, выброшенными двойными звездами", - пишет он. Коулман основывал свои расчеты на двойной звездной системе TOI 1338. На TOI 1338 есть известная околозвездная планета BEBOP-1. Использование известной двойной системы с подтвержденной околозвездной планетой обеспечивает надежную основу для его расчетов. Это также позволило ему сравнить свои результаты с другими симуляциями, основанными на BEBOP-1. В ходе моделирования были изменены несколько параметров: начальная масса диска, разделение двух планет, напряженность внешней среды и уровень турбулентности в диске. Эти параметры в значительной степени определяют формирование планет. Для других параметров использовалось только одно значение: суммарная масса звезды, отношение масс и эксцентриситет двойной звезды. Суммарная звездная масса TOI 1338 составляет около 1,3 массы Солнца, что соответствует среднему значению в двойных системах, равному примерно 1,5 масс Солнца.
|
|
|
|
Каждое моделирование длилось 10 миллионов лет - достаточно долго, чтобы сформировалась солнечная система. Коулман обнаружил, что околоземные системы эффективно генерируют FFP. В ходе моделирования каждая двойная система выбрасывает в среднем от двух до семи планет с массой, превышающей 1 земную. Для планет-гигантов, масса которых превышает 100 масс Земли, количество выброшенных планет снижается до 0,6 на систему. Моделирование также показало, что большинство планет выбрасывается из своих околоземных дисков в период от 0,4 до 4 миллионов лет после начала моделирования. В этом возрасте циркумбинарный диск еще не рассеялся и не сдулся ветром. Наиболее важный результат может касаться дисперсии скоростей FFP. "Когда планеты выбрасываются из систем, они сохраняют значительные превышения скоростей, в пределах 8-16 км/с. Это намного больше, чем наблюдаемые различия в скоростях звезд в локальных областях звездообразования", - объясняет Коулман. Таким образом, это означает, что различия в скоростях FFP могут быть использованы для того, чтобы отличить выброшенные звезды от тех, которые сформировались как одиночные.
|
|
|
|
Дисперсии скоростей дают еще одно представление о популяции FFP. Моделирование, проведенное Коулманом, показывает, что дисперсия скоростей FFP, выброшенных в результате взаимодействия с двойными звездами, примерно в три раза больше, чем дисперсия от планет, выброшенных в результате межпланетного рассеяния. Коулман также обнаружил, что уровень турбулентности в диске влияет на выброс планет. Чем слабее турбулентность, тем больше планет выбрасывается. Турбулентность также влияет на массу выброшенных планет: более слабая турбулентность выбрасывает менее массивные планеты, где около 96% выброшенных планет имеют массу менее 100 масс Земли. В совокупности результаты моделирования позволяют наблюдать за популяцией FFP и определять их происхождение. "Различия в распределении масс FFP, их частотах и избыточных скоростях - все это может указывать на то, являются ли одиночные звезды или околоземные системы фундаментальной родиной FFP", - пишет Коулман в своем заключении.
|
|
|
|
Но автор также признает недостатки своих симуляций и разъясняет то, о чем the sims нам не рассказывают. "Однако, несмотря на то, что эта работа содержит множество симуляций и исследует широкое пространство параметров, она не представляет собой полную совокупность формирующихся циркумбинарных систем", - пишет Коулман в своем заключении. По словам Коулмана, с помощью современных технологий невозможно получить полную совокупность этих систем. "Если такая популяция будет создана в ходе будущей работы, то сравнение между этой популяцией и наблюдаемыми популяциями даст еще более ценную информацию о формировании этих интригующих объектов", - объясняет он. Астрономы все еще многого не знают о двойных системах и о том, как они формируют и выбрасывают планеты. Во-первых, модели формирования планет постоянно пересматриваются и пополняются новой информацией. У нас также нет четкого представления о том, сколько всего существует FFP. Некоторые исследователи полагают, что их могут быть триллионы.
|
|
|
|
Предстоящий космический телескоп Nancy Grace Roman будет использовать гравитационное линзирование для проведения переписи экзопланет, включая выборку объектов с массой, равной массе Марса. В будущей работе Коулман намерен определить, существуют ли различия в химическом составе между FFP. Это могло бы ограничить типы звезд, вокруг которых они формируются, и места в их протопланетных дисках, где они образовались. Для этого потребовались бы спектроскопические исследования FFP. Но, по крайней мере, на данный момент Коулман разработал более совершенный способ изучения FFP. Используя эти данные, астрономы могут начать определять, откуда взялись отдельные FFP, и лучше понимать популяцию в целом.
|
|
|
|
Источник
|
