|
Как создаются миры-изгои
|
|
|
|
Планеты-изгои напоминают редких путешественников среди звезд, освобожденных от гравитационных ограничений родной системы и вечно блуждающих в межзвездной пустоте. Но современные модели предполагают, что эти свободно плавающие планеты (FFP), как их называют технически, на самом деле очень распространены — в 19 раз чаще, чем планеты за "снежной линией", то есть на расстоянии от центральной звезды, где становится достаточно холодно, чтобы водородные соединения, такие как вода, аммиак и метан, могли конденсироваться в лед.
|
|
|
|
Но почему они так распространены? Что заставляет их покидать звездные системы, в которых они образуются? В новой статье Сяочэнь Чжэна из Пекинского планетария и его соавторов, опубликованной на сервере препринтов arXiv, предлагается правдоподобное объяснение — планетарные "вышибалы".
|
|
|
|
Современные теории о том, как образуются FFP, варьируются от изолированных газовых облаков, сжимающихся в планету, но не имеющих достаточной массы для образования звезды, до хаотических моделей межпланетного рассеяния, которые выбрасывают планеты на ранних стадиях развития во всевозможных направлениях. Согласно газете, вторая идея ближе к истине, но она требует немного дополнительной "изюминки".
|
|
|
|
В других солнечных системах есть два распространенных типа экзопланет — близкие, горячие "суперземли" и "горячие Юпитеры", которые вращаются близко к своей звезде-хозяину, и далекие, холодные газовые гиганты, подобные Сатурну и Юпитеру в нашей солнечной системе. Но, что особенно важно, у многих вновь образовавшихся звезд также есть компаньон, или двойная звезда. И эта звезда-компаньон может внести абсолютный хаос в гравитационный баланс новой планетной системы.
|
|
|
|
|
|
|
Благодаря процессу, известному как механизм фон Зайпеля-Лидова-Козаи (vZLK), удаленное возмущающее тело, такое как звезда—компаньон, может медленно искривлять орбиту "холодной" планеты, то есть планеты, которая вращается на большом расстоянии от своей звезды-хозяина. На протяжении миллионов лет механизм vZLK приводит к тому, что орбита планеты сплющивается и растягивается до тех пор, пока не становится сильно эксцентричной — по сути, превращая ее в длинный углубленный овал.
|
|
|
|
На одном конце этого овала траектории планеты-"пришельца" пересекутся с густонаселенной внутренней частью Солнечной системы, где обычно находятся короткопериодические суперземли и горячие Юпитеры. Когда две орбиты сталкиваются, начинается гигантская игра в космический бильярд. Две планеты не обязательно должны столкнуться непосредственно друг с другом, хотя такое, вероятно, иногда случается. Но исследователи обнаружили, что во время близкого столкновения (что гораздо более вероятно) две планеты обмениваются орбитальной энергией.
|
|
|
|
Поскольку "холодная" планета уже имеет относительно слабую связь со своей звездой-хозяином, небольшого гравитационного толчка от этого обмена энергией иногда бывает достаточно, чтобы разогнать ее до второй космической скорости, разорвав гравитационную связь со звездой-хозяином и создав FFP. Согласно расчетам автора, горячие Юпитеры особенно эффективны в этом эффекте "вышибалы" — они будут выбрасывать нарушителя массой с Юпитерианскую в 80% случаев. Суперземли, с другой стороны, выбрасывают вторгающиеся планеты размером с Юпитер только в 6,5% случаев, но они хороши в выбрасывании других "холодных" суперземель, отправляя их в межзвездное пространство в 52% случаев.
|
|
|
|
Как и следовало ожидать, внутренние планеты не остаются невредимыми после этих титанических усилий. В некоторых случаях гравитационное взаимодействие настолько сильно снижает угловой момент внутренней планеты, что она вращается по спирали внутрь и полностью поглощается звездой-хозяином. В других сценариях, даже если они выживут, на их орбитах останутся глубокие шрамы, со случайными наклонами, их собственные орбиты будут сильно эксцентричными, а иногда даже полностью перевернутыми.
|
|
|
|
Еще раз проанализировав цифры, авторы пришли к выводу, что около 8% случаев сбоя, вероятно, происходят в результате такого рода взаимодействий с "планетарными вышибалами". Хотя это может показаться незначительным, само количество сбоев показывает, насколько распространенным может быть этот тип взаимодействия. Это также подчеркивает, насколько динамичными, взаимосвязанными и жестокими могут быть ранние планетные системы.
|
|
|
|
Мы сможем обнаружить еще множество новых объектов с помощью таких будущих телескопов, как космический телескоп Нэнси Грейс Роман, данные которого станут экспериментальным подтверждением некоторых идей, изложенных в статье. Возможно, в какой—то момент нам даже посчастливится увидеть, как в одной из этих ранних звездных систем происходит этот процесс, и мы сможем наблюдать, как другая планета выбрасывается в долгую темную ночь.
|
|
|
|
Источник
|
