Астрономы, как и любители научной фантастики, были рады обнаружить планеты на стабильных орбитах вокруг звездных двойных систем. В настоящее время известно около десятка из них. Однако до сих пор не обнаружено ни одной планеты, движущейся перпендикулярно плоскости орбиты родительской звездной системы. Могут ли планеты возникнуть и выжить в этих условиях? В October ApJ Letters была опубликована статья с теоретическим анализом такого случая.
За последние два десятилетия были обнаружены тысячи планет, вращающихся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. Некоторые из этих планет вращаются вокруг двух звезд, похожих на вымышленную планету Татуин — дом Люка Скайуокера — главного героя «Звездных войн».
Подавляющее большинство протопланетных дисков, наблюдаемых вокруг звездных двойных систем, лежат в плоскости орбит звездных компонентов. Это происходит из-за сохранения углового момента во время коллапса газовых облаков и образования двойной системы с окружающими ее протопланетными дисками.
Также были обнаружены звездные двойные системы с протяженными эллиптическими орбитами, в которых имеются протопланетные диски, перпендикулярные плоскости орбиты двойной системы. Эти наблюдения предполагают, что могут быть планеты, движущиеся перпендикулярно плоскости орбиты двойной системы. Однако такая планета до сих пор не обнаружена.
Теоретически возможны следующие устойчивые наклонения протопланетных дисков относительно двойных звездных систем с эллиптическими орбитами:
а) в плоскости орбиты родительской звездной системы;
б) перпендикулярно плоскости орбиты родительской звездной системы так, чтобы орбитальный угловой момент диска был направлен вдоль большой полуоси эллиптической орбиты звездной системы.
Недавно с помощью численного моделирования Анна Чайлдс и Ребекка Мартин (Университет Невады, Лас-Вегас, США) оценили вероятность образования скалистых планет, подобных Земле, которые движутся перпендикулярно плоскости орбиты звездной двойной системы. Астрономы рассматривали следующие положения протопланетных дисков:
1) в одной плоскости с парой звезд, движущихся по круговым орбитам (эксцентриситет е = 0);
2) в одной плоскости с парой звезд, движущихся по эллиптическим орбитам (эксцентриситет е = 0,8);
3) перпендикулярно плоскости эллиптической орбиты (эксцентриситет е = 0,8) двойной звездной системы.
На первом этапе было выполнено гидродинамическое моделирование для определения распределения вещества на ранних стадиях формирования планет для каждого из трех случаев. Это дало ключ к распределению 26 объектов размером с Марс (масса 0,093 M⊕) и 260 объектов размером с Луну (масса 0,0093 M⊕ ) в смоделированном протопланетном диске. Наконец, было проведено моделирование эволюции этих планетезималей на протяжении миллионов лет. В 7-миллионной симуляции материя формирующейся планетной системы столкнулась с родительскими звездами, слилась в более крупные объекты или была выброшена за пределы системы.
И каков результат этой симуляции?
Из протопланетных дисков, перпендикулярных эксцентрической плоскости орбиты двухзвездной системы (вариант (3)), возникло больше планет, чем из дисков, расположенных в плоскости звездной системы (варианты: (1) + (2)) .
В среднем из дисков, вращающихся перпендикулярно плоскости двойной звездной системы, возникло 4,8 планет земного типа и 3,4.
Скорее всего, это различие связано с большим моментом силы, которую звездная система оказывает на протопланетные диски, когда они находятся в одной плоскости. Чем больше момент силы, тем больше потеря вещества с диска.
Это моделирование показывает, что подобные Земле каменные планеты могут существовать на стабильных орбитах, перпендикулярных плоскости орбиты родительской звездной системы, даже если принять во внимание релятивистские эффекты, вызывающие прецессию перастроны в эллиптических звездных системах. Интересно, что вероятность появления планет земного типа на орбитах, перпендикулярных плоскости орбиты звездной системы, больше, чем когда эти объекты компланарны.
С помощью современных методов обнаружить экзопланеты в такой конфигурации сложно, но не невозможно — например, наблюдая за изменением моментов затмений в родительских звездных системах . Будем надеяться, что обнаружение такой системы типа Татуина произойдет в ближайшее время.