Согласно новому исследованию, по крайней мере четверть всех звезд, подобных Солнцу, в какой-то момент своей жизни поглотили одну из своих планет. Эти результаты показывают, что многие планетные системы нестабильны.
Тот факт, что звезды иногда поглощают планеты, известен давно, но попытка определить, как часто это происходит, опубликованная в журнале Nature Astronomy (DOI: s41550-021-01451-8), дает тревожно высокие оценки.
Звезды-каннибалы
Данные наблюдений, показывающие, что планетные системы могут сильно отличаться друг от друга, говорят о том, что их история была очень разнообразной, возможно, в результате сильной чувствительности к начальным условиям. Хаотические процессы при формировании планетных системах, вероятно, дестабилизируют орбиты планет, обрекая некоторых из них прекратить свою жизнь в недрах звезды-хозяина, - пишут исследователи в публикации.
Ясные свидетельства событий, связанных с поглощением планет их звездами, и знание о возникновении этого процесса в звездах, подобных Солнцу, проливают свет на возможные пути эволюции планетных систем, показывая, сколько из них претерпели сложные фазы высокодинамичных реконфигураций, - добавили ученые из Центра астрономических исследований Обсерватории в Падуе, Италия, и Университета Монаша в Австралии.
Солнце
Солнцеподобные звезды редко встречается в Млечном Пути. Большинство звезд в нашей галактике - около 75 процентов - являются звездами спектрального класса M (М-типа) или красными карликами. Это маленькие и долгоживущие звезды. Солнце - звезда G-типа, которую иногда называют желтым карликом. Только семь процентов звезд Млечного Пути являются звездами G-типа.
К тому же, наше Солнце - одиночка. Астрономы считают, что большинство звезд рождаются в звездных системах с одним или несколькими братьями и сестрами. Фактически, у большинства звезд Млечного Пути есть по крайней мере один звездный компаньон. Возможно, Солнце когда-то было частью двойной звезды. Последнее исследование по этой теме было опубликовано в сентябре прошлого года, и авторы из Гарварда утверждают, что эта концепция намного лучше объяснит Облако Оорта в его нынешней форме.
Формирование планетных систем
Когда плотное облако молекулярного газа в космосе коллапсирует под действием собственной силы тяжести и начинает вращаться, это начало звезды. Газ вокруг протозвезды создает диск, приводящий в движение растущий объект. Во время этого процесса диск может фрагментироваться на вторую протозвезду.
После завершения звездообразования материал, оставшийся в диске, образует планеты, пояса астероидов, кометы и все остальное, что составляет планетную систему. В зависимости от того, где на диске формируются эти объекты, они могут иметь разные пропорции по сравнению с исходным облаком.
А поскольку они образованы из одного и того же облака вещества, двойные звезды должны иметь очень похожий химический состав или даже похожие массы. Тем не менее это не всегда так.
Загадка и ее решение
Группа астрономов во главе с доктором Лоренцо Спина из Астрономической обсерватории в Падуе решила поближе взглянуть на двойные системы. Они идентифицировали 107 пар звезд с одинаковыми температурами и поверхностной силой тяжести и исследовали их химические свойства.
Интересно, что они обнаружили, что значительное количество бинарных систем имеют несовпадающий химический состав. Многие двойные пары содержат одну звезду с высоким содержанием металлов и другую звезду с низким содержанием металлов, что в статье описывается как «одно из самых замечательных противоречий в современной звездной астрофизике». В небольшом количестве случаев эти звезды могли формироваться в разных облаках, а затем сталкиваться друг с другом и образовывать двойную систему, но это было бы слишком редким явлением, чтобы существенно повлиять на статистику.
Ученые предложили два возможных решения. Либо модели ошибочны, и звезды, образованные из одного облака, могут иметь очень разный химический состав, либо одна звезда поглощает планету, что меняет ее состав.
Когда планетное вещество входит в звезду и загрязняет ее зону конвекции, состав атмосферы звезды изменяется таким образом, чтобы отражать наблюдаемое в скалистых объектах, а именно тугоплавких элементов, таких как металлы и силикаты, больше, чем летучих веществ. Следовательно, звезды, которые поглотили планетарное вещество, должны иметь отношение невосприимчивости к летучим компонентам, которое выше, чем типичные отношения, обнаруженные у звезд аналогичного возраста и металличности, - пишут исследователи.
Доктор Спина и его соавторы заметили, что звезды с температурой выше 6500 градусов по Цельсию (у Солнца около 5500 градусов по Цельсию) хранят своего рода «регистр» поглощенных планет. Однако более холодные звезды имеют толстые конвективные внешние слои, в которых смешиваются компоненты планеты, разбавляя типичную планету до такой степени, что ее элементы невозможно обнаружить. Покрытие более горячих звезд намного тоньше, поэтому добавление железа и кремния планет, имеет заметное значение.
Авторы сравнили преобладание явно различного состава в парах горячих звезд и их более холодных аналогов. Они обнаружили, что различия гораздо чаще встречаются в горячих двойных системах, как и следовало ожидать, если бы поглощение планет было обычным явлением, но не если бы звезды начинались с разного содержания элементов. Используя эту информацию, они пришли к выводу, что 20-35 процентов звезд в двойных парах съели хотя бы одну из своих планет.
Поиски экзопланет земного типа
Открытие имеет очень важное значение для изучения других планетных систем. На данный момент открыто более 4500 экзопланет, и архитектура их систем кажется очень разнообразной. Это говорит о том, что планетные системы очень чувствительны к начальным условиям на ранних этапах своего формирования.
Исследование предоставляет дополнительные доказательства того, что значительный процент систем, вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце, зародился очень бурно. Возможно, это также влияет на наше понимание того, как и почему на Земле появилась жизнь. Все исследованные звезды были двойными системами. Полученные данные свидетельствуют о том, что бинарные системы слишком неупорядоченны для стабильных условий, которые могут потребоваться для возникновения и процветания жизни.
Эти знания могут помочь астрономам сузить круг систем, подходящих для поиска планет земного типа. Хотя звезды, похожие на Солнце, относительно редки в Млечном Пути, их по-прежнему миллионы, на достаточно близком расстоянии, чтобы мы могли исследовать их. Изучение их атмосфер на предмет наличия тугоплавких элементов может помочь определить присутствие «пожирателей планет».
Способность обнаруживать химические признаки процессов поглощения планет означает, что мы можем использовать химию звезды, чтобы сделать вывод о том, прошла ли ее планетная система через необычно динамичное прошлое, в отличие от нашей Солнечной системы, которая удерживала свои планеты на почти круговых орбитах с очень ограниченные миграции. Теперь у нас есть потенциальный метод идентификации тех звезд, похожих на Солнце, у которых с меньшей вероятностью есть планеты, подобные Земле, который может быть полезен в качестве критерия поиска планет, - пишут исследователи в публикации.
Источник: Science Alert
