|
Планеты-гиганты вращаются быстрее, чем их двойники
|
|
|
|
На протяжении десятилетий астрономы пытались отличить планеты-гиганты от коричневых карликов - класса объектов, более массивных, чем планеты, но слишком маленьких, чтобы обеспечить ядерный синтез, как у настоящих звезд. В телескоп эти космические двойники могут иметь схожие яркость, температуру и даже атмосферные отпечатки. Из-за поразительного сходства астрономы не уверены, наблюдали ли они планету больших размеров или звезду меньших размеров. Теперь команда под руководством Северо-Западного университета обнаружила ключевой признак, который разделяет эти два явления: насколько быстро они вращаются.
|
|
|
|
В новом исследовании астрофизики обнаружили самые убедительные доказательства того, что планеты-гиганты вращаются значительно быстрее, чем их аналоги - коричневые карлики. Новые результаты показывают, что измерения вращения могут дать новый мощный диагностический инструмент для классификации этих неразличимых популяций и позволяют предположить, что эти два объекта эволюционируют по-разному, возможно, даже формируясь в результате различных процессов.
|
|
|
|
Исследование было опубликовано в Astronomical Journal. Это крупнейшее на сегодняшний день исследование по измерению вращения внесолнечных планет и коричневых карликов, полученное с помощью прямых изображений.
|
|
|
|
"Вращение - это ископаемая летопись того, как сформировалась планета", - сказал Чи-Чун "Дино" Хсу из Northwestern, возглавлявший исследование. "Измеряя, насколько быстро вращаются эти миры, мы можем начать собирать воедино физические процессы, которые сформировали их десятки- сотни миллионов лет назад".
|
|
|
|
|
|
|
Специалист по экзопланетам и коричневым карликам, Хсу является научным сотрудником Северо-Западного центра междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA), где его консультирует соавтор исследования Джейсон Ванг. Ванг - доцент кафедры физики и астрономии Северо-Западного колледжа искусств и наук имени Вайнберга и член CIERA.
|
|
|
|
Как правило, астрономы могут отличить планеты от звезд, основываясь на сочетании яркости, температуры и спектральной информации. Но планеты-гиганты и коричневые карлики, которые часто называют "неудавшимися звездами", находятся в самом центре этой системы классификации. Размеры и масса самых крупных планет совпадают с размерами и массой самых маленьких коричневых карликов. А поскольку у коричневых карликов отсутствует устойчивый ядерный синтез, они излучают слабое свечение, как планеты-гиганты.
|
|
|
|
Команда Northwestern задалась вопросом, может ли вращение объектов быть отличительным фактором. Используя институциональный доступ Northwestern к обсерватории У.М. Кека на Маунакеа на Гавайях, астрофизики проанализировали шесть гигантских экзопланет и 25 коричневых карликов.
|
|
|
|
"Мы смогли провести спектроскопическую съемку такого масштаба только потому, что Northwestern является партнером обсерватории Keck", - сказал Ван. "Это позволило нам в течение многих ночей пользоваться телескопами Keck, чтобы сделать эту съемку реальностью".
|
|
|
|
С помощью спектроскопии высокого разрешения с помощью прибора Keck Planet Imager and Characterizer Instrument (KPIC) команда ученых выделила свет от слабых объектов, чтобы измерить мелкие детали в их атмосферах.
|
|
|
|
По мере вращения этих далеких миров особенности их спектров расширяются, что очень похоже на эффект Доплера для звука. Анализируя эти расширенные характеристики, ученые могут определить, насколько быстро вращается планета.
|
|
|
|
"С помощью KPIC мы можем обнаружить эти крошечные сигналы, которые указывают на вращение планеты вокруг других близлежащих звезд", - сказал Хсу.
|
|
|
|
После измерения вращений экзопланет и коричневых карликов команда объединила эти новые результаты с результатами предыдущих исследований. Это позволило команде собрать более обширную выборку планет, коричневых карликов и связанных с ними объектов для сравнения.
|
|
|
|
Когда Хсу и его коллеги сравнили скорости вращения по всей выборке, выявилась четкая закономерность. Планеты—гиганты, как правило, вращаются со скоростью, превышающей их теоретическую максимальную скорость, известную как "скорость распада", или точка, в которой объект может разорваться на части под действием центробежной силы. Коричневые карлики, напротив, вращаются медленнее.
|
|
|
|
По мнению исследователей, это различие, вероятно, связано с массами объектов и тем, как их масса соотносится с массой звезд-хозяев. Астрономы долгое время считали, что планеты-гиганты формируются в газовых и пылевых дисках, окружающих молодые звезды.
|
|
|
|
Во время формирования взаимодействие с диском может влиять на то, какой угловой момент — или величину вращения — сохраняет планета.
|
|
|
|
Коричневые карлики, с другой стороны, могут образовываться как звезды — в результате коллапса газовых облаков — или как планеты. Взаимодействие между сильным магнитным полем коричневого карлика и окружающим газом действует как космический тормоз, заставляя объект терять угловой момент.
|
|
|
|
Одна экзопланета и один коричневый карлик в исследовании Хсу подчеркивают это различие. Планета-гигант в системе экзопланет HR 8799 примерно в семь раз больше Юпитера по массе и вращается необычайно быстро. Но соседний коричневый карлик примерно в три раза массивнее гигантской экзопланеты, но вращается в шесть раз медленнее.
|
|
|
|
В то время как оба объекта потеряли угловой момент во время своего формирования, вращение более массивного коричневого карлика потеряло значительно больший импульс, вероятно, из-за его более сильного магнитного поля. Исследование также показало, что коричневые карлики, вращающиеся вокруг звезд, вращаются еще медленнее, чем отдельные коричневые карлики, дрейфующие в космосе. Это, возможно, отражает различные условия формирования пласта.
|
|
|
|
"Наши результаты показывают, что как масса планеты, так и соотношение между массой планеты и массой ее звезды влияют на то, с какой скоростью в конечном итоге вращается планета", - сказал Хсу. "Это помогает нам сузить физические рамки того, как формируются эти системы".
|
|
|
|
Далее исследовательская группа планирует расширить свои исследования, изучив вращение свободно плавающих объектов планетарной массы - миров-изгоев, которые дрейфуют в космосе без звезды—хозяина, и изучив химический состав атмосфер планет по всей популяции.
|
|
|
|
"Мы только начинаем изучать, о чем может рассказать нам вращение планет", - сказал Хсу. "С помощью будущих приборов и более крупных телескопов мы сможем измерять вращения еще большего числа планет и связывать вращение, химический состав и историю формирования целых планетных систем".
|
|
|
|
Источник
|
