Звездная выборка из TESS, изображенная в плоскости Teff и log(g). Мы показываем основную выборку (−1 ≤ [Fe/H] ≤ −0,5) фиолетовым цветом и подвыборкой (−0,5 The Astronomical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad6570
В новом исследовании астрономы сообщают о новых доказательствах относительно пределов формирования планет, обнаружив, что после определенного момента планеты, превышающие по размерам Землю, испытывают трудности с формированием вблизи звезд с низкой металличностью.
Используя Солнце в качестве отправной точки, астрономы могут определить, когда образовалась звезда, определив ее металличность или уровень тяжелых элементов, присутствующих в ней. Богатые металлами звезды или туманности образовались относительно недавно, в то время как объекты с низким содержанием металлов, вероятно, присутствовали в ранней Вселенной.
Предыдущие исследования выявили слабую связь между показателями металличности и образованием планет, отметив, что по мере снижения металличности звезды замедляется и формирование планет для определенных популяций планет, например, расположенных ниже Сатурна или ниже Нептуна.
Тем не менее, эта работа является первой, в которой отмечается, что согласно современным теориям формирование суперземель вблизи звезд с низким содержанием металлов значительно затрудняется, что предполагает строгий предел условий, необходимых для их образования, говорит ведущий автор Кирстен Боли, недавно получившая докторскую степень по астрономии в Университете штата Огайо.
«Когда звезды проходят цикл жизни, они обогащают окружающее пространство до тех пор, пока у вас не будет достаточно металлов или железа для формирования планет», — сказал Боули. «Но даже для звезд с более низкой металличностью широко считалось, что количество планет, которые они могли бы сформировать, никогда не достигнет нуля».
В других исследованиях предполагалось, что формирование планет в Млечном Пути должно начинаться, когда металличность звезд находится в диапазоне от -2,5 до -0,5, однако до сих пор эта теория оставалась недоказанной.
Чтобы проверить это предсказание, команда разработала и затем провела поиск в каталоге из 10 000 самых бедных металлами звезд, наблюдаемых миссией NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Если это верно, экстраполяция известных тенденций для поиска небольших короткопериодических планет вокруг одного региона из 85 000 бедных металлами звезд привела бы их к открытию около 68 суперземель.
Удивительно, но исследователи в этой работе не обнаружили ничего, сказала Боули. «Мы, по сути, обнаружили обрыв там, где ожидали увидеть медленный или постепенный спуск, который продолжается», — сказала она. «Ожидаемые частоты появления вообще не совпадают».
Исследование опубликовано в The Astronomical Journal.
Этот обрыв, дающий ученым временные рамки, в течение которых металличность была слишком низкой для формирования планет, охватывает примерно половину возраста Вселенной, а это означает, что суперземли не образовывались на ранних этапах ее истории.
«Семь миллиардов лет назад, вероятно, стали той точкой, когда мы начинаем наблюдать значительную часть формирования суперземли», — сказал Боули.
Более того, поскольку большинство звезд, образовавшихся до этой эпохи, имели низкую металличность и им пришлось бы ждать, пока Млечный Путь обогатится поколениями умирающих звезд, чтобы создать подходящие условия для формирования планет, полученные результаты успешно предлагают верхний предел количества и распределения малых планет в нашей галактике.
«В звездном типе, похожем на наш образец, мы теперь знаем, что не следует ожидать обильного формирования планет, как только вы проходите область отрицательной металличности 0,5», — сказал Боли. «Это довольно поразительно, потому что у нас действительно есть данные, чтобы показать это сейчас».
Также поразительны последствия исследования для тех, кто ищет жизнь за пределами Земли, поскольку более точное понимание тонкостей формирования планет может предоставить ученым подробные знания о том, в каких местах во Вселенной могла процветать жизнь.
«Вы не хотите искать в областях, где жизнь не будет благоприятной, или в областях, где вы даже не думаете, что найдете планету», — сказал Боули. «Есть просто множество вопросов, которые вы можете задать, если вы знаете эти вещи».
Такие исследования могли бы включать определение наличия воды на этих экзопланетах, размера их ядра и наличия у них сильного магнитного поля, то есть всех условий, благоприятствующих возникновению жизни.
Чтобы применить свою работу к другим типам процессов формирования планет, команде, вероятно, придется изучать различные типы суперземель в течение более длительных периодов, чем они могут сегодня. К счастью, будущие наблюдения могут быть достигнуты с помощью предстоящих проектов, таких как космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман» и миссия Европейского космического агентства PLATO, которые расширят поиск планет земной группы в обитаемых зонах, таких как наша.
«Эти приборы будут иметь решающее значение для определения количества планет и проведения как можно большего количества последующих наблюдений», — сказал Боули.
Другими соавторами являются Цзи Ван из Университета штата Огайо; Джесси Кристиансен, Филип Хопкинс и Джон Зинк из Калифорнийского технологического института; Кевин Хардегри-Ульман и Гален Бергстен из Университета Аризоны; Ив Ли из Университета Макгилла; Рейчел Фернандес из Университета штата Пенсильвания; и Сакхи Бхуре из Университета Южного Квинсленда.
Информация от: Университетом штата Огайо
