Когда мы думаем о планетах типа Юпитера, мы обычно представляем себе массивные, покрытые облаками миры, вращающиеся вдали от своих звезд. Это расстояние удерживает их летучие газы от испарения от звездного тепла, подобно тому, что мы знаем о нашей Солнечной системе. Так почему же так много экзопланет, известных как «горячие Юпитеры», вращаются очень близко к своим звездам? Это вопрос, который задают себе астрономы, изучая больше этих экстремальных миров.
Оказывается, горячие Юпитеры на самом деле не зарождают жизнь, прижавшись так близко. Вместо этого они формируются гораздо дальше от своих звезд в протопланетной туманности. Это приводит к вопросу: как они мигрировали внутрь? Ответ планетарного научного сообщества был: «Мы не уверены». Однако астрономы из Массачусетского технологического института, Университета штата Пенсильвания и множества других учреждений считают, что у них есть лучший ответ. Они нашли «прародителя» горячего Юпитера. Это ювенильная версия мира Юпитера, медленно превращающегося из холодного в горячий. Подсказки лежат в его орбите и могут дать представление о том, как развиваются другие планеты.
Представляем Прото-Горячий Юпитер
Этот новый мир называется TIC 241249530 b и находится примерно в 1100 световых годах от нас. Вместо того, чтобы вращаться вокруг своей звезды по почти круговой эллиптической орбите (как наш Юпитер вращается вокруг Солнца), этот находится на сильно эллиптической орбите. Этот сплющенный «яйцевидный» путь приводит его очень близко к своей звезде (примерно в 10 раз ближе, чем орбита Меркурия). Затем он направляется примерно на то же расстояние, на котором Земля находится от Солнца. Это не только странная орбита, но и становится еще страннее. Путь «ретроградный». Это означает, что направление его движения противоположно вращению звезды. Подумайте об этом так: звезда вращается в одну сторону, а планета вращается в противоположную сторону.
И высокоэллиптическая орбита, и ретроградный путь говорят планетологам, что ранее «холодный» юпитероподобный мир эволюционирует в один из тех горячих юпитеров. Теперь, если это недостаточно странно, звезда, вокруг которой вращается планета, на самом деле является двойной звездой. Это означает, что у нее есть звездный компаньон. Со временем последовательные взаимодействия между двумя орбитами — планеты и ее звезды — заставляют планету мигрировать все ближе к своей звезде. Это заставляет ее эллиптическую орбиту измениться на более узкую, более круговую. Это займет около миллиарда лет, и именно тогда планета полностью эволюционирует в горячий юпитер.
Как горячие юпитеры вписываются в теорию формирования?
Стандартная теория формирования планет обычно требует, чтобы каменистые миры формировались ближе к своим звездам, чем газовые и ледяные гиганты. Это происходит потому, что тепло новорожденной звезды испаряет любые «летучие» газы, такие как водород, от вновь образующихся планет. Миры с большим количеством этих летучих веществ, как правило, формируются там, где прохладнее, и эти газы не испаряются.
Итак, вписывается ли этот новый мир в эту теорию? По словам Сары Миллхолланд из Массачусетского технологического института, да. «Эта новая планета подтверждает теорию о том, что миграция с высоким эксцентриситетом должна объяснять некоторую часть горячих юпитеров», — сказала Миллхолланд. «Мы думаем, что когда эта планета сформировалась, она была холодным миром. И из-за драматической орбитальной динамики она станет горячим юпитером примерно через миллиард лет с температурой в несколько тысяч кельвинов. Так что это огромный сдвиг с того места, где все началось».
Итак, этот горячий Юпитер (и многие другие, обнаруженные в обзорах экзопланет) изначально был дальше от своей звезды. Затем, посредством орбитальных взаимодействий, он становился ближе. Это вполне может объяснить многие горячие Юпитеры, обнаруженные в открытиях экзопланет.
Моделирование орбитальных танцев
«Очень сложно поймать этих горячих прародителей Юпитера «на месте», когда они переживают свои суперэксцентричные эпизоды, поэтому очень интересно найти систему, которая проходит через этот процесс», — говорит Смадар Наоз, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который не принимал участия в исследовании. «Я считаю, что это открытие открывает дверь к более глубокому пониманию конфигурации рождения экзопланетной системы».
Конечно, отслеживание изменений в орбитах экзопланет может занять много времени, поэтому Миллхолланд и ее коллеги провели компьютерное моделирование. Это позволило им смоделировать, как мог эволюционировать этот конкретный горячий юпитер. Наблюдения команды, наряду с их моделированием эволюции планеты, подтверждают теорию о том, что горячие юпитеры могут формироваться посредством миграции с высоким эксцентриситетом, процесса, при котором планета постепенно перемещается на место посредством экстремальных изменений своей орбиты с течением времени.
«Не только это, но и другие статистические исследования показывают, что миграция с высоким эксцентриситетом должна объяснять некоторую часть горячих юпитеров», — сказал Миллхолланд. «Эта система подчеркивает, насколько невероятно разнообразными могут быть экзопланеты. Это загадочные другие миры, которые могут иметь дикие орбиты, рассказывающие историю о том, как они пришли к этому и куда направляются. Для этой планеты это еще не совсем завершенный путь».
Для дополнительной информации
Астрономы обнаружили крайне эксцентричную планету на пути к превращению в горячий Юпитер
Горячий юпитер-прародитель на сверхэксцентричной ретроградной орбите
Публикация «Вот как получаются горячие Юпитеры?» впервые появилась на сайте Universe Today.
