Почти треть всех звезд могут содержать остатки планет, подобных Земле
В последние годы астрономы разработали методы измерения содержания металлов в звездах с чрезвычайной точностью. С этой возможностью астрономы исследовали родственные звезды, чтобы увидеть, как различается их металличность. Некоторые из этих родственных звезд имеют выраженные различия в своей металличности.
Новые исследования показывают, что в этом виноваты звезды, поглощающие каменистые планеты.
Ко-натальные звезды 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 похожую металличность, хотя ни одно GMC не является полностью однородным, и небольшие различия обычны для звезд, которые формируются вместе. Но когда различия выражены, должно быть какое-то другое объяснение.
Новое исследование предполагает, что источником этих расхождений являются каменистые планеты. Авторы — Кристофер Э. О'Коннор и Донг Лай из Северо-Западного университета и Корнеллского университета соответственно. Исследование находится на сервере препринтов arxiv.org и было отправлено в журналы AAS.
«Подробные исследования химического состава родственных звездных пар — звезд с общим происхождением — выявили неожиданно большую разницу в распространенности рефрактерных элементов», — пишут авторы.
Авторы называют это загрязнением после похожего явления, которое происходит у белых карликов. Источником этого загрязнения являются каменистые планеты, которые богаты металлами.
Экзопланеты с ультракоротким периодом (USP) вращаются вокруг своих звезд очень близко и обычно совершают полный оборот всего за несколько часов. Они имеют схожий с Землей состав и редко превышают два радиуса Земли. Их происхождение неясно. Они могли сформироваться дальше, а затем переместиться ближе к своей звезде, или они могут быть остатками гораздо более крупных планет, которые потеряли свою атмосферу из-за звездного облучения.
Планеты USP не очень распространены. Они есть только у 0,5% звезд, подобных Солнцу. Они очень горячие, поэтому их поверхности расплавлены, и они приливно захвачены своими звездами.
Хоть это и нечасто, но они могут формироваться в больших количествах, а затем поглощаться своими звездами.
«Короткопериодические экзопланеты потенциально уязвимы для приливного разрушения и поглощения их родительскими звездами», — пишут авторы. Исследования показывают, что от 3 до 30 процентов родственных им звезд главной последовательности, подобных Солнцу (FGK), поглотили каменистые планеты массой от 1 до 10 масс Земли.
Существует много способов, которыми это может произойти. «В планетарных системах возможны многие формы бурной динамической эволюции, каждая из которых потенциально способна внедрить планету в звезду», — пишут О'Коннор и Лай. Однако данные показывают, что максимум около 2 процентов отдельных звезд FGK загрязнены всеми бурными механизмами вместе взятыми.
Астрономы предложили три основных сценария, при которых звезды могут поглотить планеты USP.
Один из них называется миграцией с высоким эксцентриситетом (high-e). В этом сценарии прото-USP становится очень близко к своей звезде и имеет высокий эксцентриситет. Из-за своей близости к звезде и ее гравитационного притяжения планета быстро теряет свой эксцентриситет и принимает круговую орбиту.
Третий сценарий — миграция, вызванная наклоном. В этом сценарии планета-компаньон 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 для прогнозирования количества образующихся USP и времени, необходимого для их поглощения. Их модель может воспроизводить как низкую наблюдаемую встречаемость USP вокруг звезд, подобных Солнцу, так и их загрязненную металличность. Их результаты благоприятствуют сценарию миграции с низким e, где USP являются частью компактных многопланетных систем.
«Мы обнаружили, что поглощение USP является естественным следствием сценария миграции с низким e. Поэтому связь между USP и поглощенными каменистыми планетами в звездах, подобных Солнцу, кажется правдоподобной», — пишут они.
Их результаты показывают, что USP поглощаются в течение 0,1–1 гигагода после своего формирования. Если это поглощение является основным источником загрязнения в звездах, подобных Солнцу, авторы говорят, что существует корреляция между загрязнением и компактными многопланетными системами.
«Примерно 5–10 процентов загрязненных звезд должны иметь транзитную планету массой ≳ 5M⊕ и периодом ~ 4–12 дней», — объясняют они.
Они также предсказывают обратное: должна быть антикорреляция между возникновением УТП и загрязнением.
Авторы указывают на некоторые оговорки относительно своих результатов.
Признаки загрязнения металличностью могут со временем исчезать. Металлы могут осесть в звезде, из-за чего сигнал исчезнет. В зависимости от того, насколько это эффективно, это может означать, что наше понимание того, сколько звезд загрязнено, является неточным. Это может означать, что более 30 процентов звезд, подобных Солнцу, загрязнены.
Второе предостережение заключается в том, что более сильные механизмы могли бы вводить планеты в их звезды. Рассеивание планет может привести к поглощению планет, особенно каменистых Суперземель. Однако авторы объясняют, что «мы обнаружили, что только ~ 1 процент звезд может быть загрязнен посредством сильного разрушения суперземель, несмотря на их повсеместное распространение как экзопланет».
Их последнее предостережение касается горячих юпитеров (ГЮ). Эти газовые гигантские планеты вращаются очень близко к своим звездам. Астрономы полагают, что ГЮ уничтожаются поглощением во время жизни их звезд на главной последовательности. ГЮ также имеют схожую частоту появления, как и УСП вокруг звезд, подобных Солнцу. Справедливо задать вопрос, способствуют ли они наблюдаемому загрязнению металличности.
Авторы говорят, что, возможно, миграция с высоким эксцентриситетом может привести HJ к звездному поглощению. Однако они также указывают, что есть веские основания сомневаться в этом. «Опять же, поглощенный HJ может не производить химическую сигнатуру, похожую на каменистую планету: массы и объемная металличность HJ сильно различаются», — пишут они. Весь водород и гелий в HJ также могут разбавлять дополнительные металлы. Кроме того, приливное разрушение HJ может не приводить напрямую к поглощению. Вполне возможно, что перенос массы может уменьшить HJ до остатка суперземли, состоящего из исходного ядра и остаточной атмосферы.
По словам О'Коннора и Лая, необходимы дополнительные исследования, прежде чем мы сможем понять, как HJ могут способствовать загрязнению звезд.
Их результаты также показывают, что звезда главной последовательности может сформировать только один USP во время своей главной последовательности, поэтому только один может быть поглощен. В компактной системе только самая внутренняя планета может претерпеть достаточно приливного распада, чтобы стать USP.
Авторы пишут, что звезды, вмещающие USP, должны иметь возраст и кинематику, схожие со звездами поля Млечного Пути, и должны редко демонстрировать признаки предыдущего поглощения планет. Они также приходят к выводу, что загрязненные звезды FGK должны содержать компактные многопланетные системы.
Обсудим?
Смотрите также:
