Астрономы Йельского университета, возможно, раскрыли историю происхождения одного из самых поразительных явлений во Вселенной — двойных горячих Юпитеров, а также разработали план по поиску новых представителей этого класса планет.
Горячие Юпитеры — это большие, раскалённые планеты (температура выше 3000 °F), размером примерно с Юпитер или Сатурн. Они вращаются вокруг своей звезды так близко, что могут совершить оборот вокруг Солнца менее чем за день.
Открытие первого горячего Юпитера (известного как 51 Pegasi b) в 1995 году принесло двум швейцарским астрономам Нобелевскую премию по физике в 2019 году и привело к волне открытий экзопланет, которая продолжается до сих пор.
Горячие Юпитеры — это редкий класс планет, которые встречаются примерно у 1 % звёзд. Ещё реже встречаются двойные горячие Юпитеры. Они возникают в двойных системах — звёздных системах с двумя звёздами, вращающимися друг вокруг друга, при этом горячий Юпитер формируется вокруг каждой из звёзд.
В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, астроном Йельского университета Малена Райс и её команда показывают, что нормальная, долгосрочная эволюция двойных звёздных систем может естественным образом привести к формированию горячего Юпитера вокруг каждой звезды.
Этот процесс формально известен как миграция по механизму фон Цайпеля — Лидова — Козаи (ZLK). ZLK предполагает, что в течение длительного времени планета с необычной орбитой или углом может находиться под влиянием гравитации несколько удалённого вторичного объекта. В этом случае, по словам Райс, механизм может создавать горячие Юпитеры.
«Механизм ZLK — это своего рода танец, — сказала Райс, доцент астрономии в Йельском факультете искусств и наук. — В двойной системе дополнительная звезда может формировать и искажать орбиты планет, заставляя их мигрировать внутрь».
«Мы показываем, как планеты в двойных системах могут подвергаться зеркальному процессу миграции, так что у обеих звёзд в итоге появляются горячие Юпитеры», — добавила она.
Для исследования учёные провели численное моделирование, чтобы показать эволюцию двух звёзд и двух планет в конфигурации двойной системы, сказала Юроу Лю, студентка Йельского колледжа и первый автор исследования.
«С правильным кодом и достаточной вычислительной мощностью мы можем исследовать, как планеты развиваются в течение миллиардов лет — движения, которые ни один человек не мог бы наблюдать за свою жизнь, но которые всё равно могли бы оставить следы для нашего наблюдения», — сказала Лю.
В случае с горячими Юпитерами, по словам Лю, само их существование бросает вызов предыдущим представлениям о формировании планет, делая механизмы их формирования ещё более интересными. «Мы ожидали бы, что гигантские планеты будут формироваться далеко от своих звёзд-хозяев», — сказала она. «Это делает горячих Юпитеров одновременно доступными для изучения и загадочными — и достойными изучения».
Исследовательская группа также предложила искать двойные горячие Юпитеры среди уже идентифицированных горячих Юпитеров, которые находятся в звёздных системах с соседней второй звездой.
«Наш предложенный механизм работает лучше всего, когда звёзды находятся на умеренном расстоянии друг от друга, — сказал Тайгер Лу, который получил докторскую степень по астрофизике в Йеле весной этого года и является соавтором исследования. — Они должны быть достаточно далеко друг от друга, чтобы вокруг каждой звезды могли формироваться гигантские планеты, но достаточно близко, чтобы две звезды могли влиять друг на друга в течение жизни системы».
Предоставлено Йельским университетом.