|
Расшифрована разница в плотности субнептуновых объектов
|
|
|
|
Международная команда под руководством UNIGE, UNIBE и PlanetS продемонстрировала существование двух различных популяций субнептуновых объектов, что привело к разрешению споров в научном сообществе. Большинство звезд в нашей галактике являются домом для планет. Наиболее распространенными являются субнептуновые планеты, размер которых находится между Землей и Нептуном. Вычисление их плотности представляет проблему для ученых: в зависимости от метода, используемого для измерения их массы, выделяются две популяции - более плотная и менее плотная. Связано ли это с предвзятостью наблюдений или с физическим существованием двух различных популяций субнептуновых объектов? Недавняя работа NCCR PlanetS, Женевского университета (UNIGE) и Бернского университета (UNIBE) свидетельствует в пользу последнего. Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
|
|
|
|
В нашей галактике множество экзопланет. Наиболее распространенными являются те, что находятся между радиусом Земли (около 6400 км) и Нептуном (около 25 000 км), известные как "субнептуновые". Подсчитано, что от 30% до 50% солнцеподобных звезд содержат по крайней мере одну из них. Вычисление плотности этих планет является сложной научной задачей. Чтобы оценить их плотность, мы должны сначала измерить их массу и радиус. Проблема в том, что планеты, масса которых измеряется методом TTV (изменение времени прохождения), имеют меньшую плотность, чем планеты, масса которых была измерена методом лучевой скорости, другим возможным методом измерения. "Метод TTV включает в себя измерение изменений во времени прохождения. Гравитационные взаимодействия между планетами в одной и той же системе немного изменят момент, в который планеты проходят перед своей звездой", - объясняет Жан-Батист Делиль, научный сотрудник отделения астрономии научного факультета UNIGE и соавтор исследования.
|
|
|
"Метод определения лучевой скорости, с другой стороны, предполагает измерение изменений скорости звезды, вызванных присутствием планеты вокруг нее", что устраняет любую предвзятость. Международная команда, возглавляемая учеными из NCCR PlanetS, UNIGE и UNIBE, опубликовала исследование, объясняющее этот феномен. Это связано не с отбором или предвзятостью наблюдений, а с физическими причинами. "Большинство систем, измеренных методом TTV, находятся в резонансе", - объясняет Адриен Лелеу, доцент кафедры астрономии научного факультета UNIGE и главный автор исследования. Две планеты находятся в резонансе, когда соотношение между периодами их обращения составляет рациональное число. Например, когда планета совершает два оборота вокруг своей звезды, другая планета совершает ровно один оборот. Если в резонансе находятся несколько планет, это образует цепочку резонансов Лапласа. "Поэтому мы задались вопросом, существует ли внутренняя связь между плотностью и резонансной орбитальной конфигурацией планетной системы", - продолжает исследователь.
|
|
|
|
Чтобы установить связь между плотностью и резонансом, астрономам сначала пришлось исключить любую погрешность в данных, тщательно отобрав планетные системы для статистического анализа. Например, для обнаружения большой планеты с малой массой во время прохождения по орбите требуется больше времени для определения лучевых скоростей. Это увеличивает риск прерывания наблюдений до того, как планета станет видна в данных о лучевой скорости, и, следовательно, до того, как будет оценена ее масса. "Этот процесс отбора привел бы к смещению в литературе в пользу более высоких масс и плотностей для планет, характеризуемых методом лучевой скорости. Поскольку у нас нет данных об их массах, планеты с меньшей плотностью были бы исключены из нашего анализа", - объясняет Лелеу. После обработки этих данных астрономы смогли определить с помощью статистических тестов, что плотность субнептуновых объектов в резонансных системах ниже, чем у их аналогов в нерезонансных системах, независимо от метода, используемого для определения их массы.
|
|
|
|
Ученые предлагают несколько возможных объяснений этой связи, включая процессы, участвующие в формировании планетных систем. Основная гипотеза исследования заключается в том, что все планетные системы сходятся к состоянию резонансной цепи в первые несколько мгновений своего существования, но только 5% из них остаются стабильными. Остальные 95% становятся нестабильными. Затем резонансная цепочка распадается, вызывая серию "катастроф", таких как столкновения планет. Планеты сливаются воедино, увеличивая свою плотность, а затем стабилизируются на нерезонансных орбитах. Этот процесс порождает две совершенно разные популяции субнептуновых объектов: плотные и менее плотные. "Численные модели формирования и эволюции планетных систем, которые мы разработали в Берне за последние два десятилетия, в точности воспроизводят эту тенденцию: планеты, находящиеся в резонансе, менее плотные. "Более того, это исследование подтверждает, что большинство планетных систем были местом гигантских столкновений, подобных или даже более сильных, чем то, которое привело к появлению нашей Луны", - заключает Янн Алиберт, профессор отдела космических исследований и планетарных наук UNIBE (WP) и содиректор Центра космических исследований. Пространство и обитаемость и соавтор исследования.
|
|
|
|
Источник
|
