Астрономы, возможно, нашли ключ к происхождению «двойных горячих юпитеров» – одних из самых загадочных планет Вселенной. Их странное расположение долго ставило ученых в тупик, бросая вызов теориям планетообразования. Исследование, опубликованное 10 июня в The Astrophysical Journal, предлагает убедительный механизм и стратегию для поиска новых таких миров.
Горячие юпитеры сами по себе – редкий класс экзопланет. Это раскаленные газовые гиганты размером с Юпитер или крупнее, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звездам (орбитальный период менее одного земного дня). Они встречаются лишь у ~1% звезд. Двойные горячие юпитеры еще более экзотичны и редки. Они представляют собой пары таких планет, где каждая обращается вокруг своей звезды в двойной (бинарной) системе.
Ключ к разгадке их формирования лежит в долговременной эволюции бинарных систем через механизм фон Цейпеля-Лидова-Козаи (ZLK-миграция). Гравитация звезды-компаньона в двойной системе способна деформировать и менять орбиты планет. «Механизм ZLK – это своего рода танец... В бинарной системе дополнительная звезда может формировать и искривлять орбиты планет, заставляя их мигрировать внутрь. Мы показываем, как планеты в двойных системах могут подвергнуться зеркальному процессу миграции, в результате чего вокруг обеих звезд оказываются горячие юпитеры», – объясняет Малена Райс, руководитель исследования и астроном из Йельского университета.
Чтобы проверить эту теорию, команда провела серию симуляций эволюции двойных звезд с двумя планетами. Вычисления выполнялись на кластере Grace в Йельском центре исследовательских вычислений. Для построения моделей использовались данные из Архива экзопланет НАСА и звездной миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA). «С правильным кодом и достаточной вычислительной мощью мы можем исследовать, как планеты эволюционируют в течение миллиардов лет – движения, которые ни один человек не смог бы наблюдать в течение жизни, но которые все же могут оставить следы для наших наблюдений», – отмечает Южоу Лю, исследователь из Йельского университета.
Эта работа делает модели планетообразования богаче, объясняя конфигурацию, которая прежде представляла сложность. Газовые гиганты, как ожидается, формируются далеко от своих звезд, что делает горячие юпитеры одновременно доступными для изучения и загадочными, а значит, стоящим объектом исследования. Как неожиданное следствие, исследование обогатило сами модели формирования планет.
Где искать новые двойные горячие юпитеры? Стратегия ясна: сосредоточиться на бинарных системах, где уже известен один горячий юпитер, но только если звезды разделены умеренным расстоянием. «Наш предложенный механизм работает лучше всего, когда звезды находятся на умеренном расстоянии... Они должны быть достаточно далеко друг от друга, чтобы газовые гиганты все еще могли сформироваться вокруг каждой звезды, но достаточно близко, чтобы две звезды могли влиять друг на друга в течение времени жизни системы», – уточняет Тайгер Лу, член команды и исследователь из Йельского университета. Эти «златовласкины» бинарные системы – золотая жила для будущих открытий.
Изображение носит иллюстративный характер
Горячие юпитеры сами по себе – редкий класс экзопланет. Это раскаленные газовые гиганты размером с Юпитер или крупнее, обращающиеся чрезвычайно близко к своим звездам (орбитальный период менее одного земного дня). Они встречаются лишь у ~1% звезд. Двойные горячие юпитеры еще более экзотичны и редки. Они представляют собой пары таких планет, где каждая обращается вокруг своей звезды в двойной (бинарной) системе.
Ключ к разгадке их формирования лежит в долговременной эволюции бинарных систем через механизм фон Цейпеля-Лидова-Козаи (ZLK-миграция). Гравитация звезды-компаньона в двойной системе способна деформировать и менять орбиты планет. «Механизм ZLK – это своего рода танец... В бинарной системе дополнительная звезда может формировать и искривлять орбиты планет, заставляя их мигрировать внутрь. Мы показываем, как планеты в двойных системах могут подвергнуться зеркальному процессу миграции, в результате чего вокруг обеих звезд оказываются горячие юпитеры», – объясняет Малена Райс, руководитель исследования и астроном из Йельского университета.
Чтобы проверить эту теорию, команда провела серию симуляций эволюции двойных звезд с двумя планетами. Вычисления выполнялись на кластере Grace в Йельском центре исследовательских вычислений. Для построения моделей использовались данные из Архива экзопланет НАСА и звездной миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA). «С правильным кодом и достаточной вычислительной мощью мы можем исследовать, как планеты эволюционируют в течение миллиардов лет – движения, которые ни один человек не смог бы наблюдать в течение жизни, но которые все же могут оставить следы для наших наблюдений», – отмечает Южоу Лю, исследователь из Йельского университета.
Эта работа делает модели планетообразования богаче, объясняя конфигурацию, которая прежде представляла сложность. Газовые гиганты, как ожидается, формируются далеко от своих звезд, что делает горячие юпитеры одновременно доступными для изучения и загадочными, а значит, стоящим объектом исследования. Как неожиданное следствие, исследование обогатило сами модели формирования планет.
Где искать новые двойные горячие юпитеры? Стратегия ясна: сосредоточиться на бинарных системах, где уже известен один горячий юпитер, но только если звезды разделены умеренным расстоянием. «Наш предложенный механизм работает лучше всего, когда звезды находятся на умеренном расстоянии... Они должны быть достаточно далеко друг от друга, чтобы газовые гиганты все еще могли сформироваться вокруг каждой звезды, но достаточно близко, чтобы две звезды могли влиять друг на друга в течение времени жизни системы», – уточняет Тайгер Лу, член команды и исследователь из Йельского университета. Эти «златовласкины» бинарные системы – золотая жила для будущих открытий.
