|
Полеты черных дыр могут изменить орбиты экзопланет
|
|
|
|
Хотя наша солнечная система и движение ее планет кажутся относительно спокойными, существует множество факторов, которые могут нарушить равновесие. Все, что обладает достаточной массой и находится достаточно близко, может нарушить орбиты планет. Это включает в себя первичные черные дыры (PBH).
|
|
|
|
PBH - это гипотетические черные дыры ранней Вселенной. Эти теоретические объекты образовались не в результате коллапса звезд, а в результате гравитационного коллапса небольших скоплений чрезвычайно плотной субатомной материи. Это должно было произойти вскоре после Большого взрыва, до появления звезд.
|
|
|
|
Новое исследование объясняет, как PBH могут повлиять на системы экзопланет, если они окажутся слишком близко, и насколько это вероятно. Исследование доступно на сервере препринтов arXiv и называется "Потенциальное влияние первичных черных дыр на системы экзопланет". Первый автор - Гарет Браун из компании Xanadu Quantum Technologies, а остальные авторы - из Гарвардского университета и Университета Иллинойса.
|
|
|
|
Существование первичных черных дыр было впервые предложено в 1966 году и является чисто гипотетическим. В последнее время некоторые исследователи предположили, что они могут объяснить существование массивных галактик, обнаруженных JWST в ранней Вселенной. Потенциально они могут быть важными компонентами темной материи или даже составлять ее целиком.
|
|
|
|
|
|
|
Если они действительно существуют, то могут быть такими же массивными, как астероиды, но при этом иметь размеры атома. Некоторые из них могут быть намного массивнее, поскольку их масса не ограничивается диапазоном масс черных дыр звездной массы. Они движутся с высокой скоростью, и если они реальны, то, скорее всего, в любой момент времени они перемещаются по Солнечной системе.
|
|
|
|
"Мы рассматриваем возможность того, что если в нашей галактике существует значительная популяция первичных черных дыр, то они также могут влиять на орбиты экзопланет", - пишут исследователи. "В частности, в упрощенной постановке мы численно изучаем, сколько планетных систем могут близко столкнуться с PBH, и анализируем потенциальные изменения параметров орбит систем, которые проходят ОБЛЕТЫPBH".
|
|
|
|
В основе этого лежат задачи о трех телах, в качестве которых выступают звезда, планета и PBH. В этом случае PBH совершает облет двух других тел. "Такие полеты обмениваются энергией с планетно-звездной системой и могут нарушить орбиту планеты", - объясняют исследователи. "Хотя мы будем формулировать наше исследование в терминах PBH, наши выводы должны быть надежными для других компактных массивных объектов, поскольку результаты полностью зависят от их гравитационного влияния".
|
|
|
|
Нам известно о более чем 5000 подтвержденных экзопланетах, но необходимы высокоточные измерения и моделирование параметров их орбит, чтобы определить, какие из них могли пострадать от облетов PBH. Это выходит за рамки возможностей астрономов. Но эта тема очень увлекательна.
|
|
|
|
"Оставляя в стороне проблемы, связанные с наблюдениями и моделированием формирования, интересно рассмотреть, как могут формироваться орбиты планет в поздние периоды времени из-за взаимодействий между планетными системами и кратковременных близких столкновений с массивными экзотическими астрофизическими телами, которые вторгаются в радиус влияния родительской звезды", - пишут авторы. - Здесь мы представляем первый анализ этой интересной перспективы".
|
|
|
|
Команда смоделировала пролет между PBH и солнечной системой с одной звездой и одной планетой. Поскольку ожидается, что PBH будут двигаться с высокой скоростью, эти столкновения считаются импульсными, в то время как столкновение с более медленным объектом будет считаться адиабатическим. При адиабатическом столкновении орбита планеты постепенно подстраивалась бы под изменение гравитационного поля. При импульсивном столкновении орбита планеты была бы нарушена очень внезапно.
|
|
|
|
Чтобы проверить, насколько правдоподобна идея о пролетах PBH, исследователи оценили количество пролетов в галактике и их типичные скорости. Для этого они основали свою работу на солнечной системе с одной звездой солнечной массы и планетой с орбитой, подобной Юпитеру, с точки зрения ее эксцентриситета и большой полуоси. "Мы фокусируемся на том случае, когда проникающий PBH проходит через систему, не будучи захваченным, то есть это однократный "облет", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Чтобы понять, какое влияние оказывают полеты PBH на эти системы, подобные Юпитеру, исследователи рассмотрели три вопроса:
|
|
|
|
- Учитывая, что звезда движется по круговой орбите вокруг центра галактики на заданном расстоянии, сколько PBH попадает в окрестности звезды за заданный период времени?
|
|
- Какова вероятность того, что PBH приблизится к орбите звезды настолько близко, что это может существенно повлиять на орбиты планет вокруг звезды?
|
|
- Каково статистическое влияние PBH, которая входит в область возмущения планет, на параметры орбиты?
|
|
|
|
"Ответив по очереди на каждый из этих вопросов, мы выясним, могут ли PBH (или подобные объекты) существенно влиять на орбиты экзопланет", - пишут авторы.
|
|
|
|
Они обнаружили, что, подобно звездам-вторжениям, пролеты PBH могут изменять орбиты планет. Как часто это происходит, зависит от массы PBH и их распространенности.
|
|
|
|
Поскольку мы не знаем, существуют ли PBH на самом деле, мы также не знаем, насколько они многочисленны и как часто они приближаются к солнечным системам. Команда смоделировала PBH на разных расстояниях от смоделированных солнечных систем, чтобы посмотреть, что произойдет.
|
|
|
|
Несколько факторов ограничивают количество возможных PBH в галактике. Исследования с использованием микролинзирования накладывают некоторые ограничения, как и потенциальная аннигиляция темной материи. Исследователи остановились на 3 ? 106 PBH для всей галактики, или на 3 миллионах.
|
|
|
|
На рисунке ниже показано суммарное количество пролетов PBH с увеличением расстояния до центра галактики. Результаты усреднены по 100 000 моделированиям,
|
|
|
|
В зависимости от массы и скорости PBHs, а также скорости планеты, имитируемые полеты изменяли эксцентриситет орбиты планеты, подобной Юпитеру, в разной степени.
|
|
|
|
По словам авторов, возможны и другие результаты, но они редки. Некоторые PBH могут быть зафиксированы, а некоторые солнечные системы могут подвергаться многократным облетам. Такова природа.
|
|
|
|
К сожалению, в настоящее время нет возможности проверить эти результаты наблюдениями.
|
|
|
|
"Интересно рассмотреть, может ли популяция экзотических тел объяснить вариации или аномалии в орбитах планетных систем", - пишут Браун и его коллеги-исследователи. "В принципе, точные измерения параметров орбиты экзопланет могут быть использованы для определения или ограничения распространенности PBH; однако на практике большие неопределенности, связанные как с измерениями, так и с формированием планет, представляют значительные препятствия".
|
|
|
|
Возможно, что в будущем возможности позволят проводить подобные измерения, но это неизвестно. Если это станет возможным и если удастся улучшить моделирование параметров орбит экзопланет, то астрономы, возможно, смогут установить ограничения на количество PBH и пролетов.
|
|
|
|
"Хотя мы не ожидаем, что в ближайшем будущем сможем использовать наблюдения за экзопланетами для установления ограничений, в этой работе излагаются общие принципы того, как можно было бы использовать будущий точный каталог экзопланет для обнаружения или ограничения популяций PBH", - заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
