Треть всех звезд во Вселенной содержат остатки планет, подобных Земле

В последние годы астрономы разработали методы, позволяющие с высокой точностью измерять содержание металлов в звездах. Благодаря этому им удалось исследовать родственные звезды и обнаружить, что некоторые из родственных небесных тел серьезно различаются. Новое исследование показывает, что в этом виноваты звезды, поглощающие каменистые планеты.

Родственные звезды рождаются в одном и том же гигантском молекулярном облаке (GMC). При этом они не обязательно находятся в двусторонней связи друг с другом. Как правило, металличность таких звезд схожа, хотя ни одно GMC не является абсолютно однородным. Небольшие различия в металличности звезд, которые образуются вместе, — в пределах нормы. Но когда различия становятся ярко выраженными, должно быть какое-то другое объяснение.

Ученые исследовали этот феномен — и пришли к выводу, что источником таких расхождений могут являться остатки каменистых планет, богатых металлами. Авторы называют это загрязнением, аналогичным тому, что происходит в белых карликах.

Экзопланеты с ультракоротким периодом (USP) обращаются очень близко к своим звездам и обычно проходят орбиту всего за несколько часов. По составу они похожи на Землю и редко превышают два земных радиуса. Их происхождение неясно. Они могли сформироваться дальше, а затем мигрировать ближе к звезде, или же это остатки гораздо более крупных планет, потерявших атмосферу из-за облучения звезды.

Планеты USP встречаются редко, такие есть только у 0,5% звезд, похожих на Солнце. Они очень горячие, поэтому их поверхности расплавлены и они всегда обращены к звезде одной стороной. Хоть и редко, но встречаются случаи, когда USP образуются в больших количествах, а затем поглощаются звездами.

«Короткопериодические экзопланеты потенциально уязвимы для приливного разрушения и поглощения их звездами-хозяевами», — пишут авторы. Исследования показывают, что от 3% до 30% звезд главной последовательности, похожих на Солнце (FGK), поглотили каменистые планеты от одной до 10 масс Земли.

В планетарных системах протекают различные процессы динамической эволюции, которые способны привести к поглощению планеты звездой. Астрономы выделили три основных сценария, по которым звезды могут поглощать планеты USP.

Один из них — миграция с высоким эксцентриситетом (high-e). В этом сценарии прото-USP оказывается очень близко к своей звезде и имеет высокий эксцентриситет. Из-за близости к звезде и гравитационного притяжения планета быстро теряет свой эксцентриситет и переходит на круговую орбиту.

Другой вариант развития событий — миграция, вызванная наклоном. В этом сценарии планета — компаньон USP приводит к перекосу и захватывает вторую в вековой спин-орбитальный резонанс. USP быстро мигрирует к своей звезде, но миграция заканчивается, когда она выходит из резонанса.

Авторы также разработали модель, позволяющую предсказать количество образующихся USP и время, необходимое для их поглощения. Она учитывает как редкость появления USP вокруг звезд, подобных Солнцу, так и их загрязненную металличность. Полученные результаты говорят в пользу третьего сценария — низкоэмиссионной миграции. В этом варианте USP являются частью компактных многопланетных систем.

Полученные ими результаты показывают, что USP становятся поглощенными в период от 0,1 до 1 гигалет после их формирования (гигагод — единица, равная миллиарду лет. — Прим. ред.). Если это поглощение является основным источником загрязнения в солнцеподобных звездах, то, по мнению авторов, существует корреляция между загрязнением и компактными многопланетными системами.

Признаки загрязнения металличности могут исчезать со временем. Металлы могут оседать в звезде, и сигнал заглушается. С учетом этого факта может оказаться, что представления о масштабах загрязнения неточны и более 30% звезд, похожих на Солнце, содержат остатки планет.

Кроме того, более жесткие механизмы могут столкнуть планеты со своими звездами. Рассеивание планет, особенно каменистых «супер-Земель» может привести их к поглощению. Но, по данным авторов, только 1% загрязнений можно связать с этой причиной, несмотря на их повсеместное распространение в качестве экзопланет.

Еще одно предположение касается горячих юпитеров (HJ). Эти планеты-газогиганты вращаются очень близко к своим звездам. Астрономы полагают, что они разрушаются в результате поглощения в течение жизни главной последовательности своих звезд. Кроме того, HJ встречаются так же часто, как и USP, вокруг звезд, похожих на Солнце.

Авторы говорят, что, возможно, миграция с высоким эксцентриситетом может привести к поглощению HJ звездами. Однако эта теория вызывает сомнения.

Результаты показали, что звезда главной последовательности может сформировать только одну USP в течение своей главной последовательности, поэтому только одна из них может быть поглощена. В компактной системе только самая внутренняя планета может подвергнуться достаточному приливному распаду, чтобы превратиться в USP.

В заключение авторы пишут, что звезды, принимающие USP, должны иметь возраст и кинематику, сходные с полевыми звездами Млечного Пути, и редко демонстрировать признаки предыдущего поглощения планетами. Они также приходят к выводу, что загрязненные звезды FGK должны содержать компактные многопланетные системы.

Ранее сообщалось, что массивные звезды, примерно в восемь раз превосходящие по массе Солнце, в конце своей жизни взрываются как сверхновые. Недавно астрономы заметили такую звезду, которая пропустила взрыв и сразу превратилась в черную дыру. Такое зафиксировали всего дважды в истории.