Приливные силы заставили экзопланету излучать тепло
Могут ли приливные силы заставить поверхность экзопланеты излучать тепло? Это то, на что надеется ответить исследование, опубликованное в Astronomical Journal, поскольку команда международных исследователей использовала данные, собранные с помощью наземных приборов, чтобы подтвердить существование второй экзопланеты, находящейся в экзопланетной системе HD 104067, а также с помощью спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), чтобы идентифицировать экзопланету. еще один кандидат на экзопланету. Исследование доступно на сервере препринтов arXiv. Что уникально в этой экзопланете-кандидате, которая вращается по самой внутренней орбите по сравнению с двумя другими, так это то, что приливные силы, исходящие от двух внешних экзопланет, потенциально заставляют поверхность кандидатов излучать, а температура на ее поверхности достигает 2300 градусов по Цельсию (4200 градусов по Фаренгейту), что исследователи называют термином "радиация". "идеальный приливной шторм".
Universe Today обсуждает это фантастическое исследование с доктором Стивеном Кейном, профессором планетарной астрофизики Калифорнийского университета в Риверсайде и ведущим автором исследования, о мотивации исследования, значимых результатах, значении аспектов "приливного шторма", последующих исследованиях и влиянии этой системы на изучение другие экзопланетные системы. Итак, какова была мотивация этого исследования? "Известно, что звезда (HD 104067) была звездой, у которой была планета-гигант, обращающаяся по 55-дневной орбите, и у меня давняя история увлечения известными системами", - рассказывает доктор Кейн в интервью Universe Today. "Когда TESS обнаружил возможный транзит планеты размером с Землю на орбите в 2,2 дня (TOI-6713.01), я решил продолжить изучение системы. Мы собрали все данные RV и обнаружили, что на 13-дневной орбите находится еще ОДНА планета (массой Урана). Итак, все началось с данных TESS, но чем больше мы ее изучали, тем интереснее становилась система."
История экзопланетных исследований доктора Кейна охватывает множество архитектур Солнечной системы, особенно те, которые содержат экзопланеты с высокой эксцентричностью, но также включает в себя последующую работу после подтверждения наличия экзопланет в системе. Совсем недавно он был вторым автором исследования, в котором обсуждалась пересмотренная системная архитектура в системе HD 134606, а также открытие двух новых Суперземель в этой системе. Для этого последнего исследования доктор Кейн и его коллеги использовали данные наземных приборов High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) и High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES), а также вышеупомянутой миссии TESS, чтобы определить характеристики и параметры как родительской звезды HD 105067, так и соответствующих экзопланет вращаясь вокруг него. Но, помимо открытия дополнительных экзопланет в системе, о чем упоминает доктор Кейн, каковы наиболее важные результаты этого исследования?
Доктор Кейн рассказывает Universe Today: "Самым удивительным результатом нашей работы стало то, что динамика системы приводит к тому, что в течение 2,2-дневного периода наблюдаются огромные приливные эффекты, подобные тем, которые испытывает Ио. Однако в данном случае TOI-6713.01 получает в 10 миллионов раз больше приливной энергии, чем Ио, что приводит к температуре поверхности в 2600 К [2300 градусов по Цельсию (4200 градусов по Фаренгейту)]. Это означает, что планета буквально светится в оптическом диапазоне длин волн". Спутник Юпитера, Ио, является наиболее вулканически активным планетарным телом в Солнечной системе, которое образуется в результате приливного нагрева, вызванного мощной гравитацией Юпитера, на протяжении всей слегка эксцентричной (вытянутой) орбиты Ио, продолжающейся 1,77 дня. Это означает, что Ио приближается к Юпитеру в определенные моменты и удаляется от Него в другие моменты, в результате чего Ио сжимается и расширяется соответственно.
На протяжении миллионов лет это постоянное трение внутри Ио приводило к нагреву его ядра, в результате чего на поверхности Ио образовались сотни вулканов и не осталось видимых ударных кратеров. Как упоминает доктор Кейн, эта новая экзопланета-кандидат "испытывает в 10 миллионов раз больше приливной энергии, чем Ио", что может вызвать дополнительные вопросы относительно ее собственной вулканической активности или других геологических процессов. Итак, каково значение аспектов "приливного шторма" в TOI-6713.01? Доктор Кейн рассказывает Universe Today: "Причина, по которой TOI-6713.01 испытывает такие сильные приливные силы, заключается в эксцентриситете двух внешних планет-гигантов, что также вынуждает TOI-6713.01 двигаться по эксцентричной орбите. Таким образом, я описал планету как попавшую в настоящий приливный шторм". Система HD 104067 с ее двумя внешними гигантскими экзопланетами, превращающими самую внутреннюю из них TOI-6713.01 в "идеальный приливный шторм", немного напоминает первые три галилеевых спутника Юпитера - Ио, Европу и Ганимед - в отношении их гравитационного воздействия друг на друга на протяжении их орбит.
Однако есть некоторые различия, поскольку мощная гравитация Юпитера является основной движущей силой вулканической активности Ио, и все три спутника находятся в так называемом орбитальном резонансе, что означает, что их орбиты совпадают друг с другом. Например, на каждые четыре орбиты Ио приходится две орбиты Европы и одна орбита Ганимеда, что приводит к их орбитальному резонансу 4:2:1, в результате чего каждый спутник оказывает регулярное гравитационное воздействие друг на друга. Следовательно, учитывая, что аспект приливного шторма на TOI-6713.01 вызван эксцентриситетами двух внешних гигантов, как это соотносится с отношениями между Ио, Европой и Ганимедом? Доктор Кейн рассказывает в интервью Universe Today: "Резонанс Лапласа галилеевых лун создает особенно мощную конфигурацию, при которой регулярное расположение трех внутренних лун приводит к тому, что Ио выходит на эксцентричную орбиту. Система HD 104067 не находится в резонансе, но все еще способна создавать энергетическую конфигурацию благодаря тому, что планеты b и c настолько массивны, что это скорее эффект "грубой силы", заставляющий внутреннюю транзитную планету двигаться по эксцентричной орбите."
Как уже отмечалось, TOI-6713.01 была обнаружена с использованием метода лучевой скорости, также известного как доплеровская спектроскопия, то есть астрономы измерили незначительные изменения в движении родительской звезды, поскольку она слегка притягивается планетой во время движения по орбите. Эти незначительные изменения заставляют родительскую звезду колебаться, когда два небесных тела притягиваются друг к другу, и астрономы используют спектрограф, чтобы обнаружить изменения в этих колебаниях по мере того, как звезда "приближается" и "удаляется" от нас, чтобы найти экзопланеты. Этот метод оказался очень эффективным при поиске экзопланет, поскольку на сегодняшний день на его долю приходится почти 20% от общего числа подтвержденных экзопланет, и с помощью этого метода была обнаружена первая экзопланета, вращающаяся вокруг звезды, подобной нашей собственной. Однако, несмотря на эффективность лучевой скорости, в исследовании отмечается, что TOI-6713.01 "еще предстоит подтвердить", так какие дополнительные наблюдения требуются для подтверждения его существования?
Доктор Кейнс говорит в интервью Universe Today: "Поскольку планета настолько мала, ее трудно обнаружить по данным о лучевой скорости. Тем не менее, транзиты выглядят чистыми, и мы исключили звездное загрязнение. Дополнительные транзиты помогут, но на данный момент мы вполне уверены в существовании планеты". Это исследование было проведено в связи с тем, что общее число экзопланетных систем составляет почти 4200, а число подтвержденных экзопланет превышает 5600, и более 10 100 кандидатов в экзопланеты ожидают подтверждения. Было обнаружено, что архитектура этих систем сильно отличается от нашей собственной солнечной системы, которая состоит из планет земной группы (скалистых), расположенных ближе к Солнцу, и газовых гигантов, вращающихся гораздо дальше. Примерами могут служить горячие Юпитеры, которые обращаются в опасной близости от своей родительской звезды, некоторые всего за несколько дней, и другие системы, в которых есть семь экзопланет размером с Землю, некоторые из которых вращаются в пределах обитаемой зоны. Итак, чему может научить нас эта уникальная архитектура Солнечной системы об экзопланетных системах в целом и какие другие экзопланетные системы отражают ее?
Доктор Кейн рассказывает Universe Today: "Эта система является прекрасным примером экстремальных условий, в которых могут оказаться планеты. Было несколько случаев, когда планеты земной группы находились близко к своей звезде и нагревались за счет энергии звезды, но очень мало случаев, когда приливная энергия расплавляла планету изнутри." Потенциальное открытие экзопланеты, вращающейся по орбите в условиях "идеального приливного шторма", еще раз демонстрирует множество характеристик, которые проявляют экзопланеты и экзопланетные системы, контрастируя как с нашей собственной солнечной системой, так и с тем, что астрономы узнали о них до сих пор. В случае подтверждения, TOI-6713.01 продолжит формировать наше понимание относительно формирования и эволюции экзопланет и экзопланетных систем не только в нашей галактике Млечный Путь, но и во всем космосе. "Вселенная - удивительное место!" - говорит доктор Кейн в интервью Universe Today. "Самое интересное в этом конкретном проекте то, что все началось с "Хм... это может быть интересно", а затем превратилось в нечто гораздо более увлекательное, чем я мог себе представить! Просто чтобы показать, что никогда не упускай шанса удовлетворить свое любопытство."
