Эксцентричная экзопланета задает вопросы

Наблюдение за необычной экзопланетой заставило астрономов сомневаться в общепринятой модели эволюции «горячих юпитеров».

В результате длительных наблюдений за экзопланетой HD 80606 b американские астрономы пришли к выводу, что процесс циркуляризации, который должен был перевести ее на круговую орбиту около звезды, неэффективен, о чем они сообщили во вчерашней статье в журнале Astrophysical Journal Letters.

В течение многих столетий астрономы считали Солнечную систему стандартом для планетных систем во Вселенной. В них вокруг центральной звезды (Солнца) по ближним орбитам должны вращаться небольшие каменистые планеты, а по дальним – газовые гиганты. Но за последние 20 лет мощные телескопы показали множество экзотических планетных систем совершенно неожиданных конфигураций. В частности, астрономы открыли так называемые «горячие юпитеры» –  массивные планеты с высокой температурой на поверхности, вращающиеся очень близко к своим звездам. И сейчас астрофизики пытаются ответить на вопрос: как эти газовые гиганты, которые по современным представлениям образуются далеко от своих звезд, в итоге оказываются на таких близких орбитах?

В соответствии с принятой сегодня гипотезой горячие юпитеры первоначально двигаются по круговым орбитам вдалеке от звезды, подобно нашему Юпитеру. Но в какой-то момент что-то большое и массивное, вроде соседней звезды, сталкивает их с насиженного места, и они начинают двигаться по сильно вытянутым (эксцентричным) орбитам, как кометы. Каждый раз, когда они проходят вблизи звезды, та вызывает их деформацию приливными силами. Это приводит к превращению части энергии планет в тепло и уменьшению вытянутости их орбит.

Данный процесс, получивший название циркуляризации, переводит гигантские планеты близко к звездам за достаточно короткий срок, порядка сотен миллионов лет. Как долго будет продолжаться этап циркуляризации для конкретной планеты – зависит от ее свойств, от того насколько она «податлива» и хорошо рассеивает механическую энергию в тепловую. Подобный  эффект можно наблюдать у себя дома, многократно сжимая рукой резиновый мяч и оценивая, насколько он при этом нагреется.

С помощью инфракрасного космического телескопа «Spitzer» (НАСА) американские астрономы наблюдали экзопланету под названием HD 80606 b. Этот газовый гигант размером с Юпитер, но в четыре раза массивнее, находится на расстоянии 190 световых лет от Земли, в созвездии Большой Медведицы. Он выделяется среди сотен уже известных экзопланет тем, что движется не по круговой, а по сильно вытянутой орбите. Через каждые 111 дней он возвращается к своей звезде, а затем в течение всего 20 часов движется, почти касаясь ее, получая при этом огромное количество энергии, в тысячу раз больше, чем Земля получает от Солнца. Земля в таких условиях потеряла бы атмосферу, а ее поверхность превратилась в магму.

Удивительным оказалось крайне быстрое остывание планеты. Вблизи звезды ее поверхность на дневной стороне просто кипит при температуре около 1400 градусов Кельвина, но через 10 часов она остывает настолько, что перестает быть видимой в инфракрасный телескоп. Яркость планеты при движении по орбите меняется в 800 раз! Казалось бы, астрономы обнаружили планету на стадии циркуляризации с очень эффективным преобразованием энергии движения в тепло. Но длительные наблюдения показали, что планета не мигрирует так быстро, как ожидалось, и может находиться на своей вытянутой орбите в течение еще 10 миллиардов лет или даже дольше. Если это так, то основной механизм миграции горячих юпитеров не столь эффективен, как считали физики. Возможно, им придется пересмотреть теорию о том, как образуются горячие юпитеры, в пользу альтернативных гипотез, в которых газовые гиганты изначально образуются вблизи звезд или плавно перемещаются к ним по спирали. 

В дальнейшем астрономы собираются разобраться, насколько данная планета уникальна и можно ли распространить полученные результаты на другие экзосистемы. Кроме того, представляет большой интерес поведение атмосферы экзопланеты при таких больших и быстрых перепадах температуры.

По материалам Массачусетского технологического института