Сверхгорячие Юпитеры (UHJS) - одни из самых интересных астрономических объектов в космосе, которые классифицируются как имеющие орбитальный период менее приблизительно трех дней, а дневные температуры превышают 1930 °C (3500°F), поскольку большинство из них находятся в приливной зоне со своими родительскими звездами. Но приведут ли эти чрезвычайно близкие орбиты к распаду орбит UHJ, в конечном счете, к тому, что они будут поглощены своей звездой, или же некоторые из них смогут находиться на орбите в течение длительного времени, не беспокоясь об этом? Именно этому посвящено недавнее исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv и принятое к публикации в журнале Planetary Science. Команда международных исследователей исследовала возможные изменения орбиты нескольких сверхзвуковых планет, что может помочь астрономам не только лучше понять сверхзвуковые планеты, но и формирование и эволюцию экзопланет в целом. Здесь мы обсуждаем это исследование с ведущим автором, доктором Элизабет Адамс, старшим научным сотрудником Института планетологии, относительно мотивации исследования, значимых результатов, последующих исследований и важности изучения распада орбиты для UHJS и UHJS в целом.
Итак, какова была мотивация этого исследования относительно орбитального распада UHJS? "С тех пор как было объявлено о появлении первой экзопланеты, 51 Peg b, она же Димидий, на 4-дневной орбите, ученые были глубоко обеспокоены долгосрочной стабильностью этих планет-гигантов", - говорит доктор Адамс в интервью Universe Today. "Мы уже давно знаем, что объекты размером с Юпитер не могут существовать на орбитах короче примерно 19 часов (это предел Роша), но даже планеты-гиганты с орбитами в несколько дней нестабильны в долгосрочной перспективе, потому что приливные силы неумолимо приводят к разрушению их орбит. Большая неизвестность заключается в том, что означает "долгосрочный": распадется ли планета, пока звезда все еще находится на главной последовательности, или этот процесс затянется настолько, что звезда умрет первой?" В ходе исследования ученые использовали комбинацию наземных и космических телескопов для проведения звездной фотометрии и анализа кривой блеска экзопланет 43 UHJS с периодами обращения от 0,67 суток (TOI-2109 b) до 3,03 суток (TrES-1 b) с целью определения скорости их обращения изменения (т.е. увеличения орбитального периода или уменьшения орбитального периода [распада орбиты]), измеряемого в миллисекундах в год (мс/год).
Это исследование состояло как из ранее измеренных, так и из новых данных о транзитной кривой блеска, при этом команда выполнила некоторые расчеты, чтобы определить скорость изменения орбитального периода для каждого из 43 сверхзвуковых спутников. Кроме того, более половины из 43 UHJS, участвовавших в этом исследовании, имеют данные наблюдений за более чем десятилетний период, а один из них превышает 20 лет (WASP-18b - 32 года). Итак, каковы были наиболее значимые результаты этого исследования? Доктор Адамс рассказывает Universe Today: "Интересно не только то, что это исследование не выявило никаких новых случаев распада орбиты, но и то, что мы начинаем замечать разницу в продолжительности распада орбиты на несколько порядков. "Два наилучших случая распада планет (WASP-12b и Kepler-1658b) показывают, что они распадаются со скоростью >10-1000 раз быстрее, чем планеты, вокруг которых мы не наблюдаем распада (например, WASP-18b, WASP-19b и KELT-1b); если эти последние планеты распадались так же быстро, как WASP-12 b, и мы определенно уже обнаружили бы это". Как уже отмечалось, это всестороннее исследование помогло выявить новую информацию о затухании орбит UHJ, в частности, об отсутствии затухания орбит у большинства из них, что означает, что некоторые орбиты потенциально могут быть стабильными в долгосрочной перспективе, несмотря на то, что они находятся очень близко к своим родительским звездам.
Кроме того, это помогло опровергнуть предыдущие измерения, касающиеся распада орбит некоторых сверхзвуковых звезд, что могло бы помочь астрономам лучше понять формирование и эволюцию сверхзвуковых звезд по всей Вселенной. Таким образом, учитывая масштабность исследования, какие последующие исследования в настоящее время проводятся или планируются? Доктор Адамс говорит: "Нам просто нужно продолжать поиски! Эта статья является первой из нашего обзора и охватывает только около половины известных UHJ, которые продолжают обнаруживаться; среди наших объектов половина из них не наблюдалась достаточно долго или с достаточным количеством транзитов, чтобы сказать, происходит ли даже очень быстрое затухание орбиты. Что касается остальных, то нам, возможно, потребуется еще несколько лет, а может быть, и десятилетий, чтобы понаблюдать за этим. "Теоретики также усердно работают над объяснением того, как возраст и структура звезды влияют на различные скорости распада, хотя высокая неопределенность между теоретическими моделями - вот почему мне нравится иметь возможность эмпирически измерить скорость распада".
Изучение распада орбиты важно для лучшего понимания того, когда и если два астрономических объекта столкнутся друг с другом, включая планету и ее спутник (чаще всего Луну), звезду и другую планету или комету, обращающуюся вокруг нее (что приводит к испепелению последней), звезду и другую звезду (что приводит к гравитационные волны или гамма-всплески), а также любые астрономические объекты, вращающиеся друг вокруг друга (двойная система). Для Земли измерение распада орбиты было жизненно важным для изучения того, когда искусственные спутники могут сгореть в атмосфере нашей планеты. Но, что касается экзопланет, какова важность изучения распада орбиты для UHJ, и ограничиваются ли они только UHJ? "Затухание приливов наиболее важно для крупных планет", - говорит доктор Адамс. "Как ни странно, были обнаружены планеты размером с Землю, обращающиеся по орбитам всего за 4 часа, но, по прогнозам, они будут стабильны в отношении приливов в течение многих миллиардов лет. (Ранее я опубликовал работу, посвященную этим небольшим планетам с ультракоротким периодом обращения.) Чем больше планета и чем ближе она к звезде, тем сильнее приливные эффекты и тем быстрее меняется ее орбита."
Сверхзвуковые звезды неофициально относят к подклассу "горячих" Юпитеров. Как и в этом исследовании, ранее сверхзвуковые звезды также изучались с помощью комбинации наземных и космических телескопов. Как отметил доктор Адамс, в этом исследовании была изучена примерно половина известных UHJ, что означает, что в космосе обитает около 100 известных UHJ. Как также отмечалось, большинство UHJ находятся в приливной связи со своей родительской звездой, что означает, что одна сторона постоянно обращена к звезде на протяжении всей ее орбиты, а палящие дневные температуры заставляют молекулы распадаться и рекомбинировать на ночной стороне. Эти характеристики делают UHJS одними из самых интригующих и загадочных астрономических объектов для изучения. Но в чем важность изучения UHJS в целом? "Сверхгорячие Юпитеры позволяют нам измерить фундаментальное свойство звезд (коэффициент качества приливов, который определяет скорость распада)", - говорит доктор Адамс. "Моделирование их прошлого и будущего позволяет нам уточнить наши теории формирования и миграции планет. Некоторые из них также могут терять свою атмосферу, и мы можем обратить на это внимание.
"Они также являются одними из самых простых планет для наблюдения, потому что они большие, горячие и расположены близко к своей звезде и являются отличными объектами как для высокоточных наблюдений (например, для изучения атмосферы с помощью JWST), так и для ознакомления (они являются отличными объектами для заинтересованных любителей с хорошими телескопами)". Это исследование было проведено в связи с тем, что НАСА и другие космические агентства по всему миру продолжают открывать экзопланеты с невероятной скоростью, и на момент написания этой статьи НАСА сообщило о 5630 подтвержденных экзопланетах. Из этого числа 1805 классифицируются как газовые гиганты (размером с Сатурн или Юпитер), и бесчисленное множество этих миров обращаются вокруг своих родительских звезд всего за несколько дней или меньше. По мере того, как наше понимание экзопланет продолжает расширяться, будет расширяться и наше понимание UHJ, включая их формирование и эволюцию, а также формирование и эволюцию их родительских звезд. "Мой девиз в изучении экзопланет - ожидать неожиданного", - говорит доктор Адамс. "Даже после трех десятилетий наблюдений мы продолжаем находить планеты в неожиданных местах, где происходят странные вещи, и тогда мы многое узнаем о Вселенной, выясняя, что они делают и почему. Определенно, это заставляет тебя быть в тонусе!"
