Пролетающие звезды в скоплении M67 запускают миграцию газовых гигантов, превращая их в Горячие Юпитеры

Группа астрофизиков под руководством Мики Контиайнена из Кембриджского университета представила новое исследование, посвященное происхождению горячих юпитеров в рассеянном скоплении M67. Ученые обнаружили, что повышенное количество этих планет в скоплении можно объяснить гравитационным влиянием пролетающих мимо звезд, которое активирует механизм миграции планет на высокоэксцентричные орбиты. Результаты работы, принятые к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), показывают, что ключевую роль в этом процессе играют двойные звездные системы.

Наш Млечный Путь полон звезд, но в некоторых местах они особенно теснятся друг к другу. В таких звездных скоплениях гравитационные «качели» между пролетающими мимо звездами способны вытолкнуть планеты на невероятно тесные орбиты вокруг их родных звезд. При этом планета оказывается настолько близко к своей звезде, что год на ней длится всего несколько земных суток, а температура ее атмосферы исчисляется тысячами градусов. Именно такую картину, рождение этих раскаленных миров в хаосе тесного звездного окружения и воссоздали ученые в своем новом исследовании.

Астрономы давно знают, что в рассеянном скоплении M67, которое находится на расстоянии около 2800 световых лет от Земли, горячих юпитеров значительно больше, чем в среднем по Галактике. Чтобы разобраться в причине этого явления, ученые создали сложную компьютерную модель, которая отслеживала судьбу десяти тысяч планетных систем на протяжении 4 миллиардов лет.

Их подход был поистине изобретательным. Вместо того чтобы просчитывать каждое столкновение вручную, что заняло бы невероятно много времени, они разработали гибридный метод. В этом методе спокойные периоды эволюции планетной системы описывались с помощью быстрых аналитических формул, а для моделирования самых сильных и разрушительных сближений со звездами привлекалось подробное численное моделирование.

Результаты показали, что окружающая среда играет решающую роль, но не так, как можно было бы ожидать. Если у звезды есть только одна планета, то даже близкие пролеты других звезд редко приводят к образованию горячего юпитера. Эффект оказывается слишком слабым, чтобы кардинально изменить орбиту планеты. То же самое касается и систем с двумя планетами, они оказались на удивление устойчивыми к внешнему воздействию.

Настоящий сюрприз ожидал ученых при моделировании систем, где у звезды-хозяина есть не планета, а звезда-компаньон на широкой орбите. В этом случае окружающая среда скопления увеличивала шансы на формирование горячего юпитера примерно в два раза, а количество планет, разорванных на части приливными силами, возрастало в три раза.

Секрет этого явления кроется в эффекте Лидова-Козаи. Если орбита звезды-компаньона сильно наклонена по отношению к орбите планеты, то гравитационное взаимодействие заставляет планету раскачиваться. Ее орбита становится все более вытянутой, и в моменты максимального сближения со звездой планета испытывает мощное приливное воздействие, которое постепенно «скругляет» ее орбиту, но уже на гораздо меньшем расстоянии от звезды.

В спокойной обстановке, вдали от звездных скоплений, этот механизм работает только для систем, которые изначально имеют нужный угол наклона. Но в плотном скоплении M67 пролетающие звезды постоянно «встряхивают» эти системы, меняя наклон орбит и выводя их в ту самую зону, где эффект Лидова-Козаи начинает работать в полную силу. Таким образом, скопление служит своеобразным катализатором, запуская процесс формирования горячих юпитеров даже в тех системах, которые изначально были для этого «не готовы».

Примечательно, что большинство систем, в которых образовался горячий юпитер, к концу моделирования теряли свою звезду-компаньона. Это означает, что отсутствие видимого соседа у звезды с горячим юпитером не противоречит этой теории, компаньон мог быть просто выброшен из системы гравитационными возмущениями. Это объясняет, почему у трех горячих юпитеров, обнаруженных в скоплении M67, не нашли звезд-компаньонов.

Исследователи также установили, что для полного объяснения повышенного количества горячих юпитеров в скоплении исходная доля двойных звезд должна была быть очень высокой, около 50 процентов, что соответствует теоретическим моделям эволюции таких скоплений.

В итоге, данное исследование предлагает элегантное решение давней загадки. Оно показывает, что аномально высокое количество горячих юпитеров в звездном скоплении M67 является прямым следствием его динамичной среды.

Гравитационные «толчки» от пролетающих звезд и высокая доля двойных систем создают идеальные условия для запуска механизма миграции планет, который в более спокойных условиях работает гораздо реже. Эта работа не только объясняет наблюдаемую аномалию в M67, но и подчеркивает, насколько важна среда рождения планетной системы для ее дальнейшей эволюции, намекая на то, что значительная часть горячих юпитеров в нашей Галактике могла сформироваться в давно распавшихся звездных скоплениях.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях