Планеты у железных звезд
Астрономы из Sloan Digital Sky Survey (SDSS) («Слоуновский цифровой небесный обзор») неожиданно выяснили интересный факт. Оказалось, что химический состав звезды может оказать влияние на ее планетарную систему. Это открытие стало возможным благодаря продолжающемуся проекту по исследованию звезд, наблюдаемых космическим аппаратом «Кеплер». Эти исследования обещают расширить наше понимание того, как формируются и развиваются экзопланеты.
Новое открытие
«Без полученных от «Кеплера» подробных и точных данных о содержания железа в звездах, мы никогда бы не сделали этого открытия», – говорит Роберт Уилсон. Он является аспирантом – астрономом из Университета Виргинии.
Команда представила свои результаты на встрече Американского астрономического общества (AAS) в штате Мэриленд. Используя данные SDSS, ученые обнаружили, что звезды с более высокими концентрациями железа имеют планеты, которые, как правило, очень близки к звезде-хозяину. И часто имеют орбитальный период менее чем восемь дней. В то же время звезды с меньшим количеством железа склонны иметь планеты с более длительными периодами. И они более отдалены от своей центральной звезды. Дальнейшее исследование этого эффекта может помочь нам понять все разнообразие внесолнечных планетных систем в нашей Галактике. И пролить свет на то, почему планеты найдены именно там, где они есть.
История экзопланет
История обнаружения планет вокруг солнцеподобных звезд началась в 1995 году. Тогда когда группа астрономов обнаружила планету, вращающуюся вокруг звезды, похожей на Солнце. Эта планета удалена на 50 световых лет от Земли. Темп открытия подобных планет ускорился в 2009 году, когда НАСА запустило космический телескоп «Кеплер». Его предназначением был поиск планет у других звезд. Во время своей четырехлетней основной миссии «Кеплер» следил за тысячами звезд одновременно. Он наблюдал за едва заметными колебаниями звездного света. Ведь именно они указывали на то, что планета проходит перед своей звездой. И поскольку «Кеплер» несколько лет смотрел на одни и те же звезды, он неоднократно наблюдал одни и те же планеты. И таким образом мог измерять время, которое планета тратила на один оборот по орбите своей звезды.
Эта информация указывает на расстояние от звезды до планеты. Причем более близкие планеты вращаются быстрее, чем более удаленные. Благодаря непрерывному мониторингу «Кеплера» количество экзопланет с известными орбитальными периодами резко возросло. Примерно с 400 в 2009 году до более чем 3000 сегодня.
«Кеплер»
«Кеплер» был идеально разработан для обнаружения экзопланет. Но не был предназначен для изучения химического состава звезд, вокруг которых эти планеты вращаются. Эти данные были взяты из Обсерватории Апачи-Пойнт. Она изучила сотни тысяч звезд по всей нашей Галактике. APO (Apache Point Observatory) работает, собирая спектр каждой звезды. То есть измеряет, сколько света излучается звездой на разных длинах волн. Атомы каждого химического элемента взаимодействуют со светом своим собственным, характерным только для них образом. Поэтому их спектр позволяет астрономам определять не только элементы, которые содержит звезда. Но также и их количество. Включая ключевой элемент звезд – железо.
«Все звезды солнечного типа в основном являются водородными. Но некоторые содержат больше железа, чем другие», – говорит Йоханна Теске из Института Карнеги, член исследовательской группы. «Количество железа, которое содержит звезда, является важным ключом к пониманию того, как она сформировалась. И как будет развиваться в течение всей своей жизни».
Объединив данные из двух источников – орбитального телескопа «Кеплер» и обсерватории APO, ученые узнали о связи между «обогащенными железом» звездами и планетными системами, которые они имеют.
«Мы знали, что химических состав звезды будет иметь значение для ее эволюции, – говорит Теске, – но были удивлены, узнав, что это важно и для эволюции ее планетарной системы».
Предыдущее исследование
Представленная работа основывается на предыдущем исследовании, возглавляемом Гием Малдерсом из Университета Аризоны. Оно проводилось с использованием более крупного, но менее точного спектрографа проекта LAMOST-Kepler. Тогда также были обнаружены аналогичные планеты, вращающиеся вокруг богатых железом звезд. Но не был зафиксирован период в восемь дней.
«Отрадно видеть независимое подтверждение тенденции, которую мы обнаружили в 2016 году», – говорит Малдерс. «Идентификация критического периода показывает, что «Кеплер» – это подарок, который продолжает удивлять».
Особенно удивительно в новом результате то, говорит Вильсон, что у обогащенных железом звезд только на 25 процентов больше железа, чем у других.
«Это действительно показывает нам, как даже небольшие различия в звездном составе могут оказывать глубокое воздействие на планетные системы».
Остались вопросы
Но даже с этим новым открытием у астрономов осталось много вопросов. Например о том, как формируются и развиваются экзопланеты. Особенно размерами Земли или немного больше. Действительно ли богатые железом звезды образуют планеты с более короткими орбитами? Или планеты, вращающиеся вокруг звезд, богатых железом, скорее всего, будут улетать дальше, а затем мигрировать в области с более коротким периодом? Уилсон и его коллеги надеются и дальше работать с другими астрономами для создания новых моделей протопланетных дисков для проверки этих предположений.
«Я очень рад, что нам еще многое предстоит узнать о том, как химический состав звезд воздействует на их планеты. Особенно на то, как формируются маленькие планеты», – говорит Теске. «Кроме того, APO обеспечивает обнаружение гораздо больше звездных химических элементов, помимо железа. Поэтому в этом богатом наборе данных есть другие тенденции, которые нам еще предстоит изучить».