Астрономы выяснили, почему раздуваются горячие юпитеры
Большая международная группа астрономов, похоже, разгадала загадку, мучившую специалистов полтора десятилетия: что заставляет горячие юпитеры увеличиваться в объёме? Для этого авторам пришлось открыть новую планету K2-132b, пересмотреть оценку массы уже известного мира K2-97b и кое-что посчитать. Вывод исследователей: дело в излучении звезды, которое прогревает эти планеты до глубоких внутренних слоёв.
Научная статья с результатами исследования опубликована в издании Astronomical Journal 27 ноября 2017 года.
Радиус экзопланеты был впервые измерен 17 лет назад. Со временем это стало делом обычным, и в итоге быстро выяснилось, что планеты, относящихся к классу газовых гигантов, с температурой более 1300 градусов Цельсия по размеру больше, чем предсказывают модели.
Как сообщается в пресс-релизе Гавайского университета , некоторые из экзопланет, имея массу примерно как у Юпитера, размерами больше походят на небольшие звёзды. Стало ясно, что должен существовать некий механизм "раздувания", уменьшающий плотность планет этого типа.
Каков этот механизм? Ясно, что дело в дополнительном тепле. Как всех нас учили в школе, любое тело, нагреваясь, увеличивается в объёме. А самый очевидный источник тепла – родное для планеты светило.
Но на этом ясность и заканчивается. Как поток тепловой энергии взаимодействует с веществом планеты? Верно ли, что он проникает глубоко в её недра и прогревает планету изнутри? Или, может быть, он касается только поверхности, не позволяя планете остыть и отдать тепло, накопленное при её образовании? К этим двум вариантам авторы и сводят всё многообразие моделей, предложенных за полтора десятилетия.
Но как их различить? Исследователи нашли интересный метод. Нужно посмотреть на радиус планеты, которая недавно (по астрономическим меркам) стала получать гораздо больше излучения, чем раньше. И выяснить, отвечает ли её радиус тому потоку тепла, который она получает сейчас, или тому, который она получала раньше. Если верно первое, то планета действительно прогревается звездой вплоть до самых глубин. Поэтому она успела раздуться за короткое время. А если второе, то роль света родной звезды сводится к тому, чтобы не давать планете растерять изначальные запасы тепла. И нынешняя запоздалая щедрость светила не может компенсировать те потери, которые несчастная планета несла большую часть жизни.
Но разве бывает так, чтобы планета вдруг стала получать гораздо больше излучения, чем раньше? О да. На последних стадиях жизни звезда сравнительно быстро превращается в красного гиганта. При этом она очень серьёзно увеличивается в размере. Например, когда такая участь постигнет Солнце, оно поглотит и Меркурий, и Венеру, и Землю. Юпитер, таким образом, окажется гораздо ближе к звезде, чем был. Да и светимость разбухшего Солнца возрастёт за счёт увеличения излучающей площади.
Значит, надо искать горячие юпитеры у красных гигантов. Расчёты показывают, что подойдут планеты с периодом обращения 10–30 земных дней.
В поисках таких планет астрономы обратились к архивам миссии "Кеплер-2", где им и удалось отыскать две подходящие кандидатуры.
Первая из этих планет имеет обозначение K2-97b. Она уже была известна астрономам. Более того, в работах предшественников была определена её масса и радиус: 1,10 ± 0,12 масс Юпитера и 1,31 ± 0,11 его радиусов. Однако авторы нового исследования, используя метод лучевых скоростей, пересмотрели оценку её массы. По новым данным, она оказалась равна 0,48 ± 0,07 массы Юпитера. Здесь наглядно виден эффект "раздувания": планета в два раза меньше Юпитера по массе, но при этом более чем в два раза больше по объёму!
Другая планета была непосредственно открыта в этой работе. Она получила обозначение K2-132b. Этот мир имеет радиус 1,30 ± 0,07 радиуса Юпитера и массу 0,49 ± 0,06 масс Юпитера.
Бросается в глаза, что две планеты удивительно похожи по своим параметрам. Кроме того, у них одинаковый период обращения: около девяти земных дней. Впрочем, исследователи считают это не счастливой случайностью, а проявлением эффекта селекции, о котором мы немного рассказывали.
Проделав необходимые расчёты, астрономы твёрдо заявили: эти две планеты звезда прогревает "до нутра". Именно это и заставляет их раздуваться. Впрочем, оказалось, что тепла на это нужно меньше, чем предполагали предыдущие модели.
Конечно, авторы предупреждают, что делать далеко идущие выводы из исследования двух планет преждевременно. Большие надежды они возлагают на аппарат TESS, который будет искать планеты у сотен тысяч красных гигантов по всему небу. Между прочим, его запуск ожидается уже в 2018 году.
К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о весьма экзотических механизмах нагрева, которыми могут похвастаться некоторые экзопланеты. Здесь и алмазные дожди, и магнитное поле звезды, которое плавит планеты изнутри, и необычные вещества в атмосфере, превращающие её в огненный ад.