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.
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:
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.
Астрономи запропонували три основні сценарії поглинання УКП-планет зірками.
- 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.
- Міграція через приливне загасання: УКП, яка утворилася ближче до зірки, поступово наближається через приливну взаємодію.
- 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.
“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:
- Металічність може зникати з часом, коли метали осідають у зірці, що може впливати на оцінку кількості забруднених зірок.
- Насильницькі механізми, такі як зіткнення планет, можуть також призводити до поглинання, але їхній внесок обмежений.
- 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.
