|
Почти треть всех звезд могут содержать остатки планет
|
|
|
|
В последние годы астрономы разработали методы, позволяющие с высокой точностью измерять содержание металлов в звездах. С помощью этой возможности астрономы исследовали родственные звезды, чтобы понять, чем отличается их металличность. Некоторые из этих родственных звезд имеют ярко выраженные различия в своей металличности. Новое исследование показывает, что в этом виноваты звезды, поглощающие скалистые планеты.
|
|
|
|
Звезды, рождающиеся одновременно, рождаются в одном и том же гигантском молекулярном облаке (GMC), хотя они не обязательно находятся в двойных отношениях друг с другом. Ожидается, что эти звезды будут иметь очень схожий металлический состав, даже несмотря на то, что ни один из них не является полностью однородным, и небольшие различия характерны для звезд, которые формируются вместе. Но когда различия очевидны, должно быть какое-то другое объяснение.
|
|
|
|
Новое исследование под названием "Загрязнение металлов в солнцеподобных звездах в результате разрушения планет с ультракороткопериодическим периодом" предполагает, что источником этих расхождений являются скалистые планеты. Авторы - Кристофер Э. О'Коннор и Донг Лай из Северо-Западного университета и Корнеллского университета, соответственно. Результаты исследования размещены на сервере предварительной печати arxiv.org и были опубликованы в журналах AAS.
|
|
|
|
|
|
|
"Подробные исследования химического состава звездных пар, находящихся в родстве, - звезд с общим происхождением – выявили неожиданно большое различие в содержании тугоплавких элементов", – пишут авторы.
|
|
|
|
Авторы называют это загрязнением по аналогии с тем, что происходит с белыми карликами. Источником этого загрязнения являются скалистые планеты, богатые металлами.
|
|
|
|
Экзопланеты со сверхкоротким периодом обращения (USP) вращаются вокруг своих звезд очень близко и обычно совершают оборот всего за несколько часов. По составу они похожи на Землю и редко превышают два земных радиуса. Их происхождение неясно. Они могли образоваться дальше, а затем мигрировать ближе к своей звезде, или же они могли быть остатками гораздо более крупных планет, потерявших свою атмосферу из-за звездного излучения.
|
|
|
|
USP-планеты встречаются не так уж часто. Они есть только у 0,5% звезд, похожих на Солнце. Они очень горячие, поэтому их поверхности расплавлены, и они плотно прилегают к своим звездам в результате приливов.
|
|
|
|
Несмотря на то, что они встречаются редко, они могут образовываться в больших количествах, а затем поглощаться своими звездами.
|
|
|
|
"Экзопланеты с коротким периодом жизни потенциально уязвимы для приливных разрушений и поглощения их звездами-хозяевами", - пишут авторы. Исследования показывают, что от 3 до 30 процентов солнцеподобных звезд главной последовательности (FGK), находящихся в одной фазе рождения, поглощают скалистые планеты массой от 1 до 10 масс Земли.
|
|
|
|
Это может произойти разными путями. "В планетных системах возможны многие формы бурной динамической эволюции, каждая из которых потенциально может привести к превращению планеты в звезду", - пишут О'Коннор и Лай. Тем не менее, данные показывают, что, самое большее, около 2 процентов одиночных звезд FGK загрязнены всеми механизмами воздействия, вместе взятыми.
|
|
|
|
Астрономы предложили три основных сценария, при которых звезды могут поглощать планеты USP.
|
|
|
|
Один из них называется миграцией с высоким эксцентриситетом (high-e). В этом сценарии протоуспидальная звезда приближается к своей звезде очень близко и имеет высокий эксцентриситет. Из-за своей близости к звезде и гравитационного притяжения планета быстро теряет свой эксцентриситет и переходит на круговую орбиту.
|
|
|
|
Третий сценарий - миграция, обусловленная наклонением. В этом сценарии планета-спутник USP возбуждает наклон USP и захватывает его в вековой спин-орбитальный резонанс. USP быстро мигрирует к своей звезде, но миграция заканчивается, когда USP выходит из резонанса.
|
|
|
|
Авторы разработали модель, позволяющую предсказать количество формирующихся USP и время, необходимое для их поглощения. Их модель может воспроизвести как низкую наблюдаемую встречаемость USP вокруг солнцеподобных звезд, так и их загрязненную металличность. Их результаты говорят в пользу сценария миграции с низким уровнем выбросов, в котором USP являются частью компактных многопланетных систем.
|
|
|
|
"Мы считаем, что поглощение USP является естественным следствием сценария миграции с низким уровнем выбросов. Таким образом, связь между USPS и поглощенными каменистыми планетами в солнцеподобных звездах кажется правдоподобной", - пишут они.
|
|
|
|
Их результаты показывают, что звездные скопления поглощаются в период от 0,1 до 1 гигагода после их образования. Если это поглощение является основным источником загрязнения в звездах, подобных Солнцу, авторы говорят, что существует корреляция между загрязнением и компактными многопланетными системами.
|
|
|
|
"Около 5-10 процентов загрязненных звезд должны иметь транзитные планеты массой >5 масс Земли и периодом обращения ~ 4-12 дней", - объясняют они.
|
|
|
|
Они также предсказывают обратное: между возникновением USP и загрязнением должна быть обратная корреляция.
|
|
|
|
Авторы указывают на некоторые оговорки, касающиеся их результатов.
|
|
|
|
Признаки загрязнения металличностью могут со временем исчезать. Металлы могут оседать в звезде, что приводит к исчезновению сигнала. В зависимости от того, насколько это эффективно, это может означать, что наше представление о том, сколько звезд загрязнено, является неточным. Это может означать, что более 30 процентов солнцеподобных звезд загрязнены.
|
|
|
|
Второе предостережение заключается в том, что более агрессивные механизмы могут привести к столкновению планет с их звездами. Межпланетное рассеяние может привести к поглощению планет, особенно скалистых Суперземель. Однако авторы объясняют, что "мы обнаружили, что только ~ 1 процент звезд может быть загрязнен в результате насильственного разрушения суперземель, несмотря на их повсеместное распространение в качестве экзопланет".
|
|
|
|
Их последнее предостережение касается горячих Юпитеров (HJS). Эти газовые планеты-гиганты вращаются очень близко к своим звездам. Астрономы полагают, что HJS разрушаются в результате поглощения в течение периода жизни их звезд на главной последовательности. HJS также имеют такую же частоту встречаемости, как и USP, вокруг солнцеподобных звезд. Уместно спросить, способствуют ли они наблюдаемому загрязнению металличности.
|
|
|
|
Авторы говорят, что, возможно, миграция с высоким эксцентриситетом может привести к поглощению HJs звездами. Однако они также отмечают, что есть веские основания сомневаться в этом. "Опять же, поглощенный HJ может не иметь сходных химических признаков со скалистой планетой: массы и содержание металлов в HJ различаются
|
|
широко", - пишут они. Весь водород и гелий, содержащиеся в HJs, также могут разбавлять дополнительные металлы. Кроме того, приливное разрушение HJs может не привести непосредственно к поглощению. Возможно, что массоперенос может привести к превращению Сверхземли в остаток, состоящий из первоначального ядра и остаточной атмосферы.
|
|
|
|
По словам О'Коннора и Лая, необходимы дополнительные исследования, прежде чем мы сможем понять, как сверхземля может способствовать загрязнению звезд.
|
|
|
|
Их результаты также показывают, что звезда главной последовательности может образовать только один USP во время своей главной последовательности, поэтому только одна из них может быть поглощена. В компактной системе только самая внутренняя планета может пострадать от приливного распада, достаточного для того, чтобы стать USP.
|
|
|
|
В своем заключении авторы пишут, что звезды, у которых есть USP, должны иметь возраст и кинематику, аналогичные звездам поля Млечного Пути, и редко проявлять признаки предыдущего поглощения планеты. Они также приходят к выводу, что у загрязненных звезд FGK должны быть компактные многопланетные системы.
|
|
|
|
Источник
|
