RW Space

В последние годы астрономы разработали методы измерения содержания металлов в звездах с чрезвычайной точностью. Обладая этой способностью, астрономы исследовали звезды-близнецы, чтобы увидеть, как различается их металличность. Некоторые из этих родственных звезд имеют выраженные различия в металличности.

Новые исследования показывают, что звезды, поглощающие скалистые планеты несут ответственность.

Однако родственные звезды рождаются в одном и том же гигантском молекулярном облаке (GMC), хотя они не обязательно в двоичном формате отношения друг с другом. Ожидается, что эти звезды будут иметь очень схожую металличность, хотя ни одна GMC не является полностью однородной и небольшие различия характерны для звезд, которые формируются вместе. Но когда различия очевидны, должно быть какое-то другое объяснение.

Новое исследование под названием «Загрязнение металлами в Солнцеподобные звезды в результате разрушения планет с ультракоротким периодом» позволяют предположить, что источником этих несоответствий являются скалистые планеты. Авторы — Кристофер Э. О’Коннор и Донг Лай из Северо-Западного университета и Корнелльского университета соответственно. Исследование размещено на сервере препринтов arxiv.org и отправлено в журналы AAS.

«Детальные исследования химического состава внутрирожденных звездных пар — звезд общего происхождения — обнаруживают неожиданно большие различия в содержании тугоплавких элементов», — пишут авторы.

Авторы называют это загрязнением после аналогичного явления, которое происходит с белыми карликами. Источником этого загрязнения являются скалистые планеты, богатые металлами.

Сверхкороткий-период ( USP) экзопланеты вращаются вокруг своих звезд очень близко и обычно совершают полный оборот всего за несколько часов. Они имеют состав, аналогичный земному, и редко превышают два земных радиуса. Их происхождение не ясно. Они могли образоваться дальше, а затем мигрировать ближе к своей звезде, или же они могли быть остатками гораздо более крупных планет, потерявших атмосферу из-за звездного облучения.

Планеты USP встречаются не очень часто. Они есть лишь у 0,5 процента звезд типа Солнца. Они очень горячие, поэтому их поверхности расплавлены, и они приливно привязаны к своим звездам.

Хотя это и редкость, они могут образовываться в больших количествах, а затем поглощаться своими звездами.

«Short- экзопланеты периода потенциально уязвимы к приливному разрушению и поглощению звездами-хозяевами», — пишут авторы. Исследования показывают, что от 3 до 30 процентов родственных звезд главной последовательности, подобных Солнцу (FGK), поглотили каменистые планеты массой от 1 до 10 земных масс.

Это может произойти по-разному. «В планетных системах возможны многие формы бурной динамической эволюции, каждая из которых потенциально способна ввести планету в звезду», — пишут О’Коннор и Лай. Однако данные показывают, что не более 2 процентов одиночных звезд FGK загрязнены всеми агрессивными механизмами вместе взятыми.

Астрономы предложили три основных сценария, при которых звезды могут поглотить планеты USP.

Один называется миграция с высоким эксцентриситетом (high-e). В этом сценарии прото-USP становится очень близко к своей звезде и имеет высокий эксцентриситет. Из-за близости к звезде и гравитационного притяжения планета быстро теряет свой эксцентриситет и переходит на круговую орбиту.

Третий сценарий — миграция, обусловленная смещением. В этом сценарии планета-спутник USP возбуждает наклон USP и захватывает его в вековом спин-орбитальном резонансе. USP быстро мигрирует к своей звезде, но миграция заканчивается, когда USP выходит из резонанса.

Авторы разработала модель, позволяющую прогнозировать количество образующихся УТП и время, необходимое для их поглощения. Их модель может воспроизвести как низкую наблюдаемую встречаемость USP вокруг звезд типа Солнца, так и их загрязненную металличность. Их результаты свидетельствуют в пользу сценария миграции с низким уровнем выбросов углерода, в котором USP являются частью компактных многопланетных систем.

«Мы обнаружили, что поглощение USP является естественным следствием сценария низкоэмиссионной миграции. Таким образом, связь между USP и поглощенными каменистыми планетами в звездах, подобных Солнцу, кажется правдоподобной», — пишут они.

Их результаты показывают, что USP поглощаются между 0,1 и 1 гигалетом после их формирования. Если это поглощение является основным источником загрязнения звезд, подобных Солнцу, авторы говорят, что существует корреляция между загрязнением и компактными многопланетными системами.

«Примерно 5–10 процентов загрязненных звезд должны иметь транзитную планету с массой ≳ 5M⊕ и периодом ~ 4–12 дней», — заявили они. объясните.

Они также предсказывают обратное: должна существовать антикорреляция между появлением USP и загрязнением.

Авторы отмечают некоторые предостережения относительно своих результатов.

Признаки металлического загрязнения со временем могут исчезнуть. Металлы могут оседать в звезде, вызывая исчезновение сигнала. 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 жестокие механизмы могли бы внедрить планеты в их звезды. Рассеяние планет за планетами может привести к поглощению планет, особенно скалистых Суперземель. Однако авторы поясняют: «Мы обнаружили, что только ~ 1 процент звезд может быть загрязнен в результате насильственного разрушения суперземли, несмотря на их повсеместное распространение в качестве экзопланет».

Их последнее предостережение касается Hot Jupiters (HJ). Эти планеты-газовые гиганты вращаются очень близко к своим звездам. Астрономы полагают, что HJ разрушаются в результате поглощения во время жизни своих звезд на главной последовательности. HJ также имеют такую ​​же частоту возникновения, как и USP вокруг звезд типа Солнца. Справедливо задаться вопросом, способствуют ли они наблюдаемому загрязнению металлами.

Авторы говорят, что возможно, что Миграция с высоким эксцентриситетом может привести к поглощению звезд HJ. Однако они также отмечают, что есть веские основания сомневаться в этом. «Опять же, поглощённый HJ может не иметь такого же химического состава, как у каменистой планеты: массы и объемная металличность HJ сильно различаются
», — пишут они. Весь водород и гелий в ГП также могут разбавлять лишние металлы. Кроме того, приливное разрушение ГП может не привести непосредственно к поглощению. Вполне возможно, что массоперенос может превратить ГД в остаток суперземли, состоящий из исходного ядра и остаточной атмосферы.

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 подвергнуться достаточному приливному распаду, чтобы стать УТП.

В их В заключение авторы пишут, что звезды, содержащие USP, должны иметь возраст и кинематику, аналогичные звездам поля Млечного Пути, и редко должны проявлять признаки предыдущего поглощения планет. Они также пришли к выводу, что загрязненные звезды FGK должны содержать компактные многопланетные системы.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите оригинал статьи.