Появление суперземель ограничено возле звезд с низкой металличностью

В новом исследовании астрономы сообщают о существовании пределов формирования планет, обнаружив, что после определенного момента планеты, превышающие по размерам Землю, испытывают трудности с формированием вблизи звезд с низкой металличностью.

Используя Солнце в качестве отправной точки, астрономы могут определить, когда образовалась звезда, определив ее металличность или уровень тяжелых элементов, присутствующих в ней. Богатые металлами звезды или туманности образовались относительно недавно, в то время как объекты с низким содержанием металлов, вероятно, присутствовали в ранней Вселенной.

Предыдущие исследования выявили слабую связь между показателями металличности и образованием планет, отметив, что по мере снижения металличности звезды замедляется и образование планет для определенных популяций, например, таких, как суб-Сатурны или суб-Нептуны.

Тем не менее, новая работа является первой, в которой отмечается, что согласно современным теориям формирование суперземель вблизи звезд с низким содержанием металлов значительно затрудняется, что предполагает строгий предел условий, необходимых для их образования.

«Когда звезды проходят цикл жизни, они обогащают окружающее пространство до тех пор, пока у вас не будет достаточно металлов или железа для формирования планет», — говорит ведущий автор исследования Кирстен Боли. «Но даже для звезд с более низкой металличностью считалось, что количество планет, которые они могли бы сформировать, никогда не достигнет нуля».

В других исследованиях предполагалось, что формирование планет в Млечном Пути должно начинаться, когда металличность звезд находится в диапазоне от -2,5 до -0,5, однако до сих пор эта теория оставалась недоказанной.

Чтобы проверить это предсказание, исследователи построили большой каталог из ∼110 000 звезд с низким содержанием металлов, наблюдаемых миссией TESS со спектроскопически полученными значениями металличности, и исследовали формирование планет возле звезд с низким содержанием металлов ([Fe/H] ≤−0,5). Экстраполяция известных тенденций для планет с коротким периодом предсказывает открытие ∼68 суперземель вокруг этих звезд (∼85 000 звезд) после учета полноты обзора; однако астрономы не обнаружили ни одной.

«Мы, по сути, обнаружили обрыв там, где ожидали увидеть медленное или постепенное снижение», — говорят ученые. «Ожидаемые частоты появления вообще не совпадают».

Этот обрыв, дающий ученым временные рамки, в течение которых металличность была слишком низкой для формирования планет, охватывает примерно половину возраста Вселенной, а это означает, что суперземли не образовывались на ранних этапах истории.

«Семь миллиардов лет назад, вероятно, стали той точкой, когда мы начинаем наблюдать значительную часть формирования суперземли», — сказала Кирстен Боли.

Более того, поскольку большинство звезд, образовавшихся до этой эпохи, имели низкую металличность и им пришлось бы ждать, пока Млечный Путь обогатится поколениями умирающих звезд, чтобы создать подходящие условия для формирования планет, полученные результаты успешно предлагают верхний предел количества и распределения малых планет в нашей галактике.

«В звездном типе, похожем на наш образец, мы теперь знаем, что не следует ожидать обильного формирования планет, как только вы проходите область отрицательной металличности 0,5», — говорит Кирстен Боли. «Это довольно поразительно, потому что у нас действительно есть данные, чтобы показать это сейчас».

Также поразительны последствия исследования для тех, кто ищет жизнь за пределами Земли, поскольку более точное понимание тонкостей формирования планет может предоставить ученым подробные знания о том, в каких местах во Вселенной могла бы процветать жизнь.

Исследование было опубликовано в The Astronomical Journal.