Трей Мак, аспирант по астрономии в Университете Вандербильта, разработал модель, которая оценивает влияние, которое такая диета оказывает на химический состав звезды, и использовал ее для анализа пары звезд-близнецов, у каждой из которых есть собственные планеты. Результаты исследования были опубликованы в Интернете 7 мая в Astrophysical Journal.«Трей показал, что мы действительно можем смоделировать химическую сигнатуру звезды в деталях, элемент за элементом, и определить, как эта сигнатура изменяется в результате поглощения планет, подобных Земле», — сказал профессор астрономии Вандербильта Кейван Стассун, который руководил исследованием. учиться. «После получения спектра с высоким разрешением для данной звезды мы действительно можем детально обнаружить эту сигнатуру, элемент за элементом».
По словам астрономов, эта способность существенно расширит понимание астрономами процесса формирования планет, а также поможет в продолжающемся поиске экзопланет, похожих на Землю.Во-первых, немного предыстории: звезды на 98% состоят из водорода и гелия. Все остальные элементы составляют менее 2 процентов их массы. Астрономы произвольно определили все элементы тяжелее водорода и гелия как металлы и придумали термин «металличность» для обозначения отношения относительного содержания железа к водороду в химическом составе звезды.
С середины 1990-х годов, когда астрономы разработали способность обнаруживать внесолнечные планеты в большом количестве, было проведено несколько исследований, в которых пытались связать металличность звезд с образованием планет. В одном из таких исследований исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории утверждали, что звезды с высокой металличностью более склонны к развитию планетных систем, чем звезды с низкой металличностью.
Другое исследование пришло к выводу, что планеты размером с горячий Юпитер обычно вращаются вокруг звезд с высокой металличностью, в то время как планеты меньшего размера вращаются вокруг звезд с широким диапазоном содержания металлов.Основываясь на работе соавтора Саймона Шулера из Университета Тампы, который расширил изучение химического состава звезд за пределы их содержания железа, Мак изучил содержание 15 определенных элементов по сравнению с Солнцем.
Его особенно интересовали такие элементы, как алюминий, кремний, кальций и железо, которые имеют температуру плавления выше 1200 градусов по Фаренгейту (600 градусов по Цельсию), потому что это тугоплавкие материалы, которые служат строительными блоками для планет, подобных Земле.Мак, Шулер и Стассун решили применить эту технику к двойной паре планет, обозначенных HD 20781 и HD 20782. Обе звезды должны были конденсироваться из одного облака пыли и газа, и поэтому обе звезды должны были иметь одинаковый химический состав. Эта конкретная двойная пара — первая обнаруженная, у обеих звезд есть собственные планеты.
Обе звезды в двойной паре — карликовые звезды G-класса, похожие на Солнце. Одна звезда вращается вокруг двух планет размером с Нептун.
На другом — одна планета размером с Юпитер, которая движется по очень эксцентричной орбите. Разница в их планетных системах делает две звезды идеальными для изучения связи между экзопланетами и химическим составом их звездных хозяев.Когда они проанализировали спектр двух звезд, астрономы обнаружили, что относительное содержание тугоплавких элементов было значительно выше, чем у Солнца.
Они также обнаружили, что чем выше температура плавления того или иного элемента, тем выше было его содержание, и эта тенденция служит убедительным признаком поглощения землистого скального материала. Они подсчитали, что каждый из близнецов должен был потребить дополнительно 10-20 масс скального материала земной массы, чтобы произвести химические сигнатуры.
В частности, звезда с планетой размером с Юпитер, похоже, поглотила дополнительные десять масс Земли, в то время как звезда с двумя планетами размером с Нептун поглотила еще 20 масс.Результаты подтверждают предположение, что химический состав звезды и природа ее планетной системы связаны.«Представьте, что звезда изначально сформировала скалистые планеты, такие как Земля. Кроме того, представьте, что она также сформировала газовые гиганты, такие как Юпитер», — сказал Мак. "Скалистые планеты образуются в области, близкой к звезде, где она горячая, а газовые гиганты образуются во внешней части планетной системы, где она холодная.
Однако, как только газовые гиганты полностью сформированы, они начинают мигрировать внутрь и , когда они это делают, их гравитация начинает притягивать и тянуть внутренние каменистые планеты.«При правильном притяжении и рывке газовый гигант может легко заставить каменистую планету погрузиться в звезду. Если в звезду упадет достаточно каменистых планет, они нанесут на нее особую химическую сигнатуру, которую мы можем обнаружить».
Следуя этой логике, маловероятно, что какой-либо из двойных близнецов обладает планетами земной группы. На одной звезде две планеты размером с Нептун вращаются вокруг звезды довольно близко, на одной трети расстояния между Землей и Солнцем. На другой звезде траектория планеты размером с Юпитер касается звезды, приближая ее к орбите Меркурия в точке наибольшего сближения.
Астрономы предполагают, что причина, по которой звезда с двумя планетами размером с Нептун поглотила больше земного материала, чем ее близнец, заключалась в том, что эти две планеты были более эффективны в продвижении материала в свою звезду, чем одна планета размером с Юпитер вталкивала материал в свою звезду. .Если химическая сигнатура звезд класса G, поглощающих каменистые планеты, окажется универсальной, «когда мы найдем звезды с подобными химическими сигнатурами, мы сможем сделать вывод, что их планетные системы должны сильно отличаться от нашей собственной, и что они, скорее всего, "не хватает внутренних каменистых планет", — сказал Мак. «И когда мы находим звезды, у которых отсутствуют эти сигнатуры, тогда они являются хорошими кандидатами на размещение планетных систем, подобных нашей».Стассун добавил: «Эта работа показывает, что вопрос о том, образуют ли звезды планеты и как они это делают, на самом деле неправильный.
Реальный вопрос, кажется, состоит в том, сколько планет, которые создает звезда, избежали участи быть съеденными их родительской звездой. ? "Исследование было поддержано грантами Национального научного фонда AAG AST-1009810 и PAARE AST-0849736.Видео: http://www.youtube.com/watch?v=kSPLpVQGPZ8