|
Один удар заставит планету вращаться миллионы лет
|
|
|
|
Чтобы понять, насколько хаотичной была ранняя Солнечная система, достаточно взглянуть на Луну. На ее поверхности, покрытой кратерами, видны следы многочисленных столкновений. Ранняя солнечная система была похожа на поле обломков, где объекты сталкивались друг с другом в каскадах столкновений. То же самое должно быть верно для всех молодых солнечных систем, и в новой статье исследователи описывают, как они смоделировали столкновение двух массивных планет, чтобы увидеть, что произойдет.
|
|
|
|
Ядра некоторых массивных экзопланет могут содержать более 100 земных масс твердого вещества. Вероятно, эти планеты стали такими большими и содержали так много металла потому, что столкнулись и слились с ядрами множества экзопланет меньшего размера, каждое из которых содержит около 10 масс Земли. В новом исследовании астрономы смоделировали столкновение между более молодым, меньшим по размерам газовым гигантом и более старым, более массивным газовым гигантом, чтобы увидеть, породило ли столкновение долгоживущие сейсмические волны, которые мог бы обнаружить JWST.
|
|
|
|
Исследование, озаглавленное "Сейсмические колебания, вызванные гигантскими ударами на планетах-гигантах, получивших прямое изображение", опубликовано на сервере препринтов arXiv. Ведущим автором является Дж.Дж. Занацци, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Беркли, который изучает формирование планет.
|
|
|
|
|
|
|
В основе этой работы лежат два вопроса. Во-первых, возникает ли при таком гигантском ударе мощные и долгоживущие сейсмические волны, а во-вторых, может ли JWST их обнаружить. JWST не может обнаружить сейсмические волны, но может с исключительной точностью определять изменения освещенности. Если сейсмические волны достаточно сильны, космический телескоп может обнаружить их по фотометрическим изменениям на планете-гиганте.
|
|
|
|
"В принципе, столкновения планетарного масштаба могут вызвать сейсмические колебания на непосредственно изображенных экзопланетах, которые могут быть обнаружены космическими миссиями, такими как JWST и Roman", - пишут авторы. "Здесь мы показываем, что гигантское столкновение с молодым газовым гигантом вызывает долгоживущие сейсмические колебания, которые можно обнаружить фотометрически".
|
|
|
|
Они нацелились на конкретную экзопланету под названием Бета Живописца b, молодую сверхпланету с массой около 13 масс Юпитера. Возраст Беты Живописца b составляет всего от 12 до 20 миллионов лет. Система Бета Живописца и экзопланета являются предметом многочисленных исследований. Исследования показывают, что планета обогащена металлами, вероятно, из-за "сильного планетезимального обогащения", говорится в статье за 2019 год.
|
|
|
|
Гигантская экзопланета содержит от 100 до 300 масс тяжелых металлов массой с Землю. В астрономии металлами называют все, что тяжелее водорода и гелия, в то время как тяжелые металлы тяжелее железа.
|
|
|
|
Исследователи подсчитали результаты столкновения и слияния планеты массой с Нептун и 17 массами Земли с Бета Живописца b.
|
|
|
|
"Огромные запасы тяжелых металлов на экзопланетах массой с Юпитер могут быть накоплены в результате гигантских столкновений", - объясняют авторы. "Ударные волны и импульс, который они придают растущей планете, вызывают целый спектр сейсмических воздействий".
|
|
|
|
Они объясняют, что как только эта сейсмическая активность активируется, она может сохраняться в течение периодов времени, аналогичных возрасту молодой планеты.
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что яркость Беты Живописца b будет изменяться в зависимости от вызванных сейсмических волн. JWST обнаружил бы некоторые эффекты, если бы столкновение произошло в течение последних 9-18 миллионов лет.
|
|
|
|
Использование мощных фотометрических возможностей JWST открывает новый способ использования сейсмических волн для исследования недр экзопланет.
|
|
|
|
"Сейсмология открывает прямое окно в недра планет-гигантов", - пишут авторы. "Потому что самые долгоживущие нормальные моды имеют частоты, сравнимые с динамической частотой планеты... измерение частоты ограничило бы объемную плотность планеты".
|
|
|
|
Они также говорят, что некоторые из этих наблюдений могут выявить "области стабильной стратификации, как это было сделано для Сатурна". Гравитационные измерения использовались для измерения внутренней структуры планет-гигантов, но этот метод может быть использован и на отдаленных планетах-гигантах, вращающихся вокруг других звезд.
|
|
|
|
Авторы объясняют, что их метод может иметь и другие применения: Его можно было бы использовать для обнаружения планетарных миграций.
|
|
|
|
"Столкновения - не единственный способ вызвать колебания на планетах-гигантах", - пишут авторы. "Горячие Юпитеры могут образовываться в результате миграции с высоким эксцентриситетом, процесса, при котором приливные гравитационные силы звезды-хозяина возбуждают низкочастотную основную моду до больших амплитуд.
|
|
|
|
"Кривые инфракрасного излучения сильно эксцентричных массивных планет могут отличаться от f-мод, возбуждаемых приливами", - заключают они.
|
|
|
|
Источник
|
