Зірки, які поглинають кам’янисті планети, спричиняють забруднення металами: нове дослідження

Зірки, які поглинають кам’янисті планети, спричиняють забруднення металами: нове дослідження

Останніми роками астрономи розробили методики для надзвичайно точного вимірювання вмісту металів у зірках. Завдяки цьому вони змогли дослідити зірок-близнюків і порівняти їхню металічність. У деяких спільнонароджених зірок спостерігаються значні відмінності у металічності.

Нові дослідження показують, що причиною цього є поглинання зірками кам’янистих планет.

Спільнонароджені зірки формуються в одній гігантській молекулярній хмарі (ГМХ), хоча не завжди утворюють бінарні системи. Очікується, що ці зірки матимуть дуже схожу металічність, навіть враховуючи, що жодна ГМХ не є абсолютно однорідною, і невеликі відмінності в металічності серед зірок, що утворюються разом, є звичайним явищем. Однак, коли ці відмінності значні, повинно існувати інше пояснення.

Нове дослідження під назвою “Забруднення металами у зірках типу Сонця через знищення ультракороткоперіодичних планет”, проведене Крістофером Е. О’Коннором з Північно-Західного університету та Донгом Лаєм з Корнелльського університету, припускає, що джерелом цих відмінностей є кам’янисті планети. Це дослідження доступне на сервері препринтів arxiv.org та було подане до журналів Американського астрономічного товариства.

“Детальні дослідження хімічного складу серед спільнонароджених пар зірок – зірок із спільним походженням – виявляють несподівано великі відмінності у вмісті тугоплавких елементів,” пишуть автори.

Читайте також:  Незвичайні знахідки з Великої піраміди в Гізі залишаються загадкою

Вони називають це явище “забрудненням”, аналогічним до того, яке спостерігається у білих карликів. Джерелом цього забруднення є кам’янисті планети, які багаті на метали.

Ультракороткоперіодичні (УКП) екзопланети мають надзвичайно близькі орбіти до своїх зірок і зазвичай завершують оберт за кілька годин. За складом вони подібні до Землі й зазвичай не перевищують двох радіусів Землі. Їхнє походження поки залишається нез’ясованим. Вони могли сформуватися далі від зірки та згодом мігрувати ближче або ж бути залишками значно більших планет, які втратили свої атмосфери через випромінювання зірки.

Ілюстрація:

Зірки, які поглинають кам’янисті планети, спричиняють забруднення металами: нове дослідження
Це зображення художника демонструє, як зірка позбавляє планету її атмосфери. (NASA/GSFC)

УКП-планети зустрічаються нечасто. Лише близько 0,5% Сонцеподібних зірок мають їх. Через високу температуру їхні поверхні розплавлені, і вони є приливно заблокованими відносно своїх зірок.

Попри їхню рідкість, ці планети можуть утворюватися у більшій кількості, а потім поглинатися своїми зірками.

“Короткоперіодичні екзопланети потенційно вразливі до приливного руйнування та поглинання своїми зірками,” зазначають автори. Дослідження показують, що від 3 до 30% спільнонароджених Сонцеподібних зірок (типи FGK) поглинали кам’янисті планети масою від 1 до 10 земних.

Є кілька сценаріїв, як це може статися. “Різні форми динамічної еволюції можуть спричинити поглинання планет,” пишуть О’Коннор і Лай. Однак, за даними досліджень, щонайбільше близько 2% окремих зірок типу FGK можуть бути забруднені через такі насильницькі механізми.

Читайте також:  Знайдено рідкісні уламки метеорита, що вибухнув над Німеччиною

Астрономи запропонували три основні сценарії поглинання УКП-планет зірками.

  1. Міграція з високою ексцентриситетом (high-e): у цьому сценарії протопланета з високою ексцентриситетністю наближається до зірки. Через гравітаційний вплив зірки планета швидко втрачає ексцентриситет і переходить на кругову орбіту.
  2. Міграція через приливне загасання: УКП, яка утворилася ближче до зірки, поступово наближається через приливну взаємодію.
  3. Міграція, викликана збуренням нахилу: супутня планета викликає коливання нахилу орбіти УКП і поступово наближає її до зірки.

Автори створили модель, яка дозволяє передбачити кількість УКП-планет, що утворюються, та час, потрібний для їхнього поглинання. Їхні результати підтримують сценарій з низькою ексцентриситетністю, коли УКП є частиною компактних багатопланетних систем.

“Ми виявили, що поглинання УКП є природним наслідком сценарію з низькою ексцентриситетністю. Таким чином, зв’язок між УКП і поглиненими кам’янистими планетами в Сонцеподібних зірках здається правдоподібним,” зазначають автори.

Результати показують, що УКП поглинаються через 0,1–1 гіга років після свого формування. Якщо це є основним джерелом забруднення, то існує кореляція між забрудненням і компактними багатопланетними системами.

Читайте також:  NASA нарешті оприлюднило свій перший "серйозний" звіт про НЛО

“Близько 5–10% забруднених зірок повинні мати транзитну планету масою ≳5M⊕ з періодом ~4–12 днів,” пояснюють дослідники.

Вони також прогнозують зворотне: анти-кореляцію між наявністю УКП і забрудненням.

Зауваження авторів:

  1. Металічність може зникати з часом, коли метали осідають у зірці, що може впливати на оцінку кількості забруднених зірок.
  2. Насильницькі механізми, такі як зіткнення планет, можуть також призводити до поглинання, але їхній внесок обмежений.
  3. Гарячі Юпітери, які теж поглинаються зірками, можуть не створювати такого ж хімічного підпису, як кам’янисті планети, через свої маси й високий вміст гелію та водню.

Дослідження також показало, що під час основної послідовності зірка може утворити лише одну УКП, і тільки найвнутрішня планета у компактній системі може стати жертвою приливного розпаду.

У висновках автори зазначають, що зірки з УКП мають вік і кінематику, подібні до зірок у полі Чумацького Шляху, і рідко демонструють сліди попереднього поглинання планет. Забруднені зірки FGK повинні мати компактні багатопланетні системи.

Читайте оригінальну статтю.