Появилась разгадка, почему горячие юпитеры аномально близки к своим звездам

Астрономы предложили расчеты, объясняющие, как газовые гиганты оказываются на аномально близких к своим звездам орбитах. Согласно моделированию терять орбитальную энергию им помогают ударные волны в атмосфере. Работа из Университета штата Пенсильвания опубликована в Astrophysical Journal.

Загадка тесных орбит

Классические представления о рождении планет предполагали, что газовые гиганты формируются вдали от звезд, где больше твердого материала для роста их ядер. Их обнаружение на тесных орбитах потребовало объяснения. Самая популярная версия сейчас — последующая миграция.

Горячие юпитеры сопоставимы по массе с Юпитером из нашей Солнечной системы, но обращаются вблизи своих звезд и могут нагреваться выше 1700 °C. Особенно часто они встречаются на орбитах с периодом от трех до пяти суток.

У газовых планет с массами между Нептуном и Сатурном тоже есть область повышенной концентрации — «нептуновый хребет» («хребтом» называют полосу повышенной концентрации таких планет на диаграмме их распределения). Такие планеты особенно часто встречаются на орбитах с периодом около трех–шести суток. Однако на орбитах короче примерно трех суток таких миров мало. Этот пробел называют «нептуновой пустыней».

Согласно распространенной гипотезе, эти планеты первоначально двигались по сильно вытянутым орбитам, которые приливное воздействие звезды постепенно делало круговыми. Но оставалось неясным, как планеты рассеивают огромное количество орбитальной энергии, не разрушаясь.

Волны меняют орбиту

Согласно идее нового исследования, при сближении со звездой ее притяжение возбуждало в планете масштабные колебания — поверхностные гравитационные волны. В разреженной внешней атмосфере движение газа становилось сверхзвуковым, вызывая ударные волны. На это затрачивается энергия орбитального движения. Затем волны превращаются в ударные и нагревают газ — энергия рассеивается, а не возвращается полностью в движение планеты.

Результат зависел от глубины возникновения ударных волн. Вблизи поверхности они позволяли гиганту сохранить массу, а глубже — могли сорвать газовую оболочку, обнажив ядро. Так, предполагают авторы, могли образоваться плотные экзопланеты с массами в десятки земных, обнаруживаемые очень близко к звездам.

Откуда берется «нептуновая пустыня»

Важна и скорость изменения орбиты. Планета то удаляется от звезды, то подходит к ней очень близко. Дальше возможны два сценария:

Орбита меняется медленно. При каждом сближении ударные волны превращают часть энергии движения в тепло. Они успевают сделать орбиту более круговой, прежде чем планета подойдет к звезде на опасное расстояние. Газовая оболочка сохраняется. Орбита меняется быстро. Планета успевает подойти слишком близко, прежде чем этот механизм стабилизирует ее движение. При каждом новом сближении она теряет часть газовой оболочки.

По модели авторов, поэтому возникает «нептуновая пустыня»: планетам такого типа трудно сохранить газ при близком прохождении. Редкие плотные миры в районе вращения от трех суток могут быть остатками гигантов, потерявших значительную часть оболочки.

Горячие юпитеры могли позднее сместиться еще ближе из-за приливов, возникающих в самих звездах.

Авторы также предполагают, что потеря оболочек сопровождается яркими событиями, и выясняют, какие телескопы смогут их зарегистрировать. Проверить модель предстоит наблюдениям.

Газовые гиганты у далекой звезды разрушили представления о рождении планет

Астрономы впервые зафиксировали два «вытекающих» хвоста на экзопланете

Недавно открытая экзопланета бросает вызов пониманию формирования планет

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX