Но за последние 20 лет более мощные телескопы обнаружили вдали от нашей Солнечной системы множество экзотических систем с совершенно неожиданными конфигурациями. «Горячие юпитеры», например, — это массивные планеты-«ростеры», которые вращаются очень близко к своим звездам. Ученые ломают голову над тем, как эти газовые гиганты, которые якобы образуются вдали от своих звезд, оказываются на таких стремительных орбитах.
Теперь еще более странная планетная система может усложнить задачу. Используя космический телескоп НАСА Spitzer, ученые из Массачусетского технологического института, Научного института космического телескопа, Калифорнийского университета в Санта-Круз и других мест наблюдали экзопланету под названием HD 80606 b. Эта планета размером с Юпитер, хотя в четыре раза массивнее, и находится в системе в 190 световых годах от Земли, в созвездии Большой Медведицы.Что выделяет HD 80606 b среди сотен недавно открытых экзопланет, так это ее очень эксцентричная орбита.
Вместо того, чтобы поддерживать круговую траекторию, HD 80606b проводит около 100 дней в году, путешествуя по продолговатому маршруту от звезды и затем возвращаясь к ней, что очень похоже на траекторию кометы. Затем, всего за 20 часов, он облетает звезду, почти касаясь ее, а затем снова улетает. При ближайшем приближении планета получает огромное количество энергии от своей звезды — в тысячу раз больше энергии, которую Земля получает от Солнца каждый день.«Если бы Землю переместили так близко к нашему Солнцу, ей не потребовалось бы много времени, чтобы потерять свою атмосферу и превратить свою поверхность в магму», — говорит Жюльен де Вит, постдок из Департамента Земли, атмосферы и планет Массачусетского технологического института.
Наук.В статье, опубликованной сегодня в Astrophysical Journal Letters, де Вит и его коллеги сообщают о наблюдениях HD 80606 b в течение 85 часов во время ее наиболее близкого приближения к своей звезде.
Исследователи изучили, как температура планеты изменяется по мере того, как она приближается, проносится мимо своей звезды и удаляется от нее. Они определили, что в то время как обращенная к звезде сторона планеты закипает до экстремальных 1400 кельвинов (примерно 2000 градусов по Фаренгейту) во время пролета, эти температуры обжарки недолговечны. Удивительно, но они обнаружили, что планета остывает менее чем за 10 часов на орбите, достигая настолько низких температур, что становится невидимой для Спитцера до конца своей орбиты.«Это происходит каждые 111 дней», — говорит де Вит. «Хорошо, что планета уходит так далеко, что процесс полностью перезагружается.
Это одна и та же история снова и снова».Эксцентричная перспектива
Считается, что горячие Юпитеры начинают движение по круговым орбитам, аналогичным орбитам нашего Юпитера, вдали от своих звезд. В какой-то момент что-то большое и массивное, например, ближайшая звезда, выталкивает их на эксцентричные орбиты.
Эти планеты затем сжимаются гравитацией их звезд каждый раз, когда они проносятся мимо. Во время каждого близкого столкновения часть гравитационной энергии, используемой для сжатия планет, рассеивается в виде тепла, медленно уменьшая эксцентриситет орбит планет, которые в конечном итоге становятся узкими и круговыми — процесс, известный как циркуляризация.
Таким образом, HD 80606 b считается средним миграционным, замедляющим переход от эллиптической траектории к круговой.Как долго длится фаза циркуляризации, зависит от того, насколько «хрупкой» или податливой является планета, учитывая ее внутренние свойства. Чем пластичнее планета, тем лучше она рассеивает механическую энергию в виде тепла — трюк, который может испытать каждый, многократно сжимая резиновый мяч, который, в свою очередь, нагревает мяч.
Основываясь на мягкости гигантов в нашей солнечной системе, ожидается, что фаза циркуляризации произойдет в течение относительно короткого периода в сотни миллионов лет. Ученые считают, что этот механизм может объяснить, как горячие юпитеры в конечном итоге развили свои близкие орбиты.
Однако новые наблюдения Spitzer показывают, что HD 80606 b не такая мягкая, как ожидалось. Следовательно, HD 80606 b не мигрирует так быстро, как считалось ранее, и может поддерживать свою высоко эксцентричную орбиту еще 10 миллиардов лет или больше.
Если это так, де Вит говорит, что ученым, возможно, придется переосмыслить теории о том, как образуются горячие юпитеры, поскольку это означает, что лежащий в основе механизм миграции может быть не таким эффективным, как когда-то считалось.Де Вит говорит, что альтернативные теории формирования горячих Юпитеров — в которых газовые гиганты развиваются близко к своим звездам или плавно уходят внутрь с помощью дисков, формирующих планеты, — могут быть более вероятными объяснениями эволюции горячего Юпитера.Исследователи также вычислили скорость вращения планеты — первую когда-либо полученную скорость вращения экзопланеты. Скорость вращения HD 80606 b, по сути, продолжительность ее дня, оценивается в 90 часов, что вдвое больше, чем прогнозируется для этой планеты.
«Эта система, несомненно, очень уникальна, поскольку она, кажется, во многих отношениях бросает вызов нашему пониманию взаимодействий планет и звезд и формирования планет», — говорит де Вит. «Надеюсь, будущие исследования подобных систем помогут нам оценить, насколько эта система особенная и насколько далеки от наших первоначальных теорий».