О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.122581.html

статья Планеты чистых и нечистых

Максим Борисов, 28.05.2007
Реклама

Данные по вариациям радиальной скорости HD 155358 (HET, зеленый цвет) и аппроксимация, полученная для 2 планет методом наилучшего приближения к кеплеровским орбитам (непрерывная голубая линия). С сайта austral.as.utexas.edu

Обнаружены планеты у необычайно древней и бедной "металлами" звезды

Американские астрономы из Техасского университета в Остине (University of Texas at Austin - UT Austin) Уильям Кокрен (William Cochran) и Майкл Эндл (Michael Endl), работавшие в сотрудничестве с аспирантами Робертом Виттенмайером (Robert Wittenmyer) и Джекобом Бином (Jacob Bean), с помощью 9,2-метрового телескопа Хобби-Эберли (Hobby-Eberly Telescope - HET) Обсерватории Макдоналда (McDonald Observatory) обнаружили систему из двух похожих на Юпитер планет, облетающих по орбите звезду, состав которой, казалось бы, совершенно исключал возможность формирования планет. Может так случиться, что теперь это исследование заставит всерьез пересмотреть теории планетной эволюции (публикация планируется в "Астрофизическом журнале" (Astrophysical Journal - ApJ) 1 сентября 2007 года, а пока статью можно прочитать на arXiv.org).

Для многолетних наблюдений за звездой HD 155358 из созвездия Геркулеса (она находится в 43 парсеках от Солнца) Кокрен и Эндл использовали High Resolution Spectrograph - Спектрограф с высокой разрешающей способностью, установленный на HET. С помощью этой техники удалось выявить колебания радиальной скорости, говорящие о том, что звезда то удаляется, то приближается к Земле, повинуясь гравитационному взаимодействию с невидимыми планетами.

Нужно отметить, что HD 155358 имеет несколько большую температуру, чем Солнце, но при этом данная звезда немного легче нашего светила. И содержит лишь 21 процент того количества тяжелых химических элементов (говоря словами астрономов, "металлов" - то есть элементов тяжелее водорода и гелия), что присутствует на Солнце. Наряду с еще одной звездой, обозначаемой как HD 47536, HD 155358 может похвастаться уникальной "чистотой" - две эти звезды содержат гораздо меньшее количество металлов, чем любые другие известные нам звезды, обладающие планетами. Таким образом изучение спектра звезды HD 155358 позволило не только установить ее состав, но и оценить возраст "чистюли" - порядка 10 миллиардов лет (т.е. это чрезвычайно древний объект, относящийся к первым поколениям звезд).

Из двух свежевыявленных планет одна (ближайшая - HD 155358b) обладает орбитальным периодом в 195 дней и массой минимум 0,89 массы Юпитера (напомним, что используемый в данном случае метод поиска экзопланет позволяет лишь накладывать некоторые ограничения на массу объектов, а для более точного ответа необходимо знать угол, на который по отношению к земным наблюдателям повернута орбитальная плоскость, поэтому обычно говорят лишь об измерении величины m sin i). HD 155358b обращается в среднем на расстоянии 0,6 астрономической единицы от родительской звезды (1 астрономическая единица (а.е.) равна среднему расстоянию от Земли до Солнца - 150 миллионам километров). Вторая планета (HD 155358c) звезды HD 155358 обращается вокруг нее за 530 дней, ее минимальная масса соответствует половине массы Юпитера, а расстояние до светила - 1,2 а.е. (это значит, что если у данных газовых гигантов есть спутники, то на них может встречаться вода в жидком виде и, следовательно, не исключено даже появление жизни).

Виттенмайер воспользовался также услугами вычислительного центра Техасского университета (Texas Advanced Computing Center - TACC) для того, чтобы смоделировать орбиты этих двух массивных планет на ближайшие 100 миллионов лет. Дело в том, что эти орбиты заметно отличаются от идеальных окружностей, и временами газовые гиганты проходят очень близко друг от друга и взаимодействуют гравитационным образом, меняя характер своего движения.

"Это похоже на какой-то танец, - объясняет Эндл. - Вычисления показывают, что орбиты через какое-то время меняются от более эксцентричных [вытянутых], до более круговых и обратно" (когда одна орбита ближе к окружности, то другая более эксцентрична и наоборот, планеты как бы "обмениваются эксцентриситетом", и в настоящее время их эксцентриситеты (степени вытянутости орбит, от 0 до 1) равны соответственно 0,11 и 0,18). Данная система оказалась динамически вполне устойчивой (по крайней мере на протяжении 100 миллионов лет изучаемой модели), одно и то же положение "в танце" раз за разом повторяется спустя каждые 2300-2700 лет (к сожалению, в точности определения орбитальных эксцентриситетов остается довольно большая неуверенность). Впрочем, вполне очевидное условие динамической устойчивости всей этой системы на самом деле уже легло в основу выбора наиболее подходящих периодов обращения планет и отбраковки значений, ведущих к нестабильности.

Все это самым непосредственным образом может отразиться на текущих теориях формирования планетных систем. Дело в том, что в настоящее время существуют две весьма популярные и конкурирующие между собой модели формирования планет - это "аккреция на ядро" ("core accretion model") и "модель неустойчивости протопланетного диска" ("disk instability model"). Обе модели подразумевают, что формирование планет начинаются с образования вращающегося общего со звездой облака, в котором звезда находится самом центре. Так как это облако вращается, то постепенно принимает форму диска. Спустя какое-то время пыль в диске начинает слипаться, образуя зародыши планет - планетезимали. И вот дальше сценарии, даваемые разными моделями, имеют весьма серьезные отличия, что в конечном счете отражается на скорости построения планетной системы.

В модели аккреции на ядро газовые гиганты, подобные Юпитеру, формируются в ходе довольно длительного двухступенчатого процесса. Первоначально в этой модели (примерно за миллион лет) под действием гравитации формируется твердое или жидкое протопланетное ядро, которое в несколько раз превосходит по массе нашу Землю. Через какое-то время это ядро дорастает до размеров, позволяющих ему стягивать на себя огромные количества газа. Спустя еще несколько миллионов лет этот зародыш превращается в полноценную гигантскую газовую планету. Эта модель, как нетрудно заметить, нуждается в больших количествах тяжелых элементов для того, чтобы они могли сформировать собственно зародышевое ядро. Разумеется, все эти элементы должны изначально присутствовать в протопланетном диске.

В принципе, большинство известных экзопланет действительно были найдены (методом измерения радиальных скоростей родительских звезд по сдвигу спектральных линий под действием доплеровского эффекта) именно что возле звезд, богатых "металлами". И это считается важным доводом в пользу преимущества модели аккреции на ядро. Однако в случае системы HD 155358, где изначально присутствовало лишь очень небольшое количество твердого материала и, несмотря на это, тут смогли сформироваться сразу две гигантские планеты, модель аккреции на ядро, очевидно, выглядит не так убедительно (и работает на пределе своих возможностей). Выручить здесь может конкурирующая модель формирования планетных систем, сторонники которой заявляют о том, что вращающийся газопылевой диск вокруг юной звезды из-за ряда неустойчивостей способен распадаться на гигантские фрагменты, гравитация внутри которых может приводить к дальнейшим коллапсам и формировать гигантские планеты спустя всего лишь считанные сотни (!) лет. Таким образом необходимость в зародышевых твердых ядрах попросту отпадает. Не исключено, что система HD 155358 образовывалась именно таким путем. В любом случае при образовании планетной системы у бедных металлами звезд требуется наличие газового диска, существенно превышающего по своей массе массу протопланетного диска, из которого родилась наша Солнечная система.

На графике:
Данные по вариациям радиальной скорости HD 155358 (HET, зеленый цвет) и аппроксимация, полученная для двух планет методом наилучшего приближения к кеплеровским орбитам (непрерывная голубая линия). С сайта austral.as.utexas.edu/planets/hd155358/hd155358.html

Источники:
Texas Astronomers Discover Multi-Planet System Around Unexpected Star; May Alter Theories of Planet Formation - UT Home - News Release
A Planetary System Around HD 155358: The Lowest Metallicity Planet Host Star - arXiv.org

Ссылки:
Планетная система вокруг HD 155358: звезда-хозяйка с самой низкой металличностью - Обзоры препринтов astro-ph
HD 155358, HIP 83949, Wolf 646 - "Планетные системы"
Происхождение планет и спутников - "Земля и Вселенная"
Откуда ждать и куда отправлять межзвездные послания?
Обзор итогов первого десятилетия исследования экзопланет

Максим Борисов, 28.05.2007


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама


Выбор читателей