Як масивні зірки крадуть планети

Автор: Річард Паркер, викладач астрофізики Шеффілдського університету.

Наше Сонце веде досить самотнє існування в галактиці Чумацький Шлях. Воно розташоване саме по собі в чотирьох світових роках від найближчої зірки, в компанії лише зі своєю планетною системою. Але так було не завжди. Ми майже всюди спостерігаємо молоді зірки в групах, так званих зоряних яслах, де вони стикаються пліч-о-пліч з зірковими братами і сестрами.

Зоряні ясла – це густонаселені райони, де сотні тисяч зірок часто перебувають в тому ж обсязі простору, що й Сонце на самоті. Бурхливі взаємодії, під час яких зірки обмінюються енергією, відбуваються часто, але недовго. Через кілька мільйонів років групи зірок розсіюються, наповнюючи Чумацький Шлях новими зірками.

Наша нова стаття, опублікована в «Щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства», демонструє, як масивні зірки в таких зоряних яслах можуть викрадати планети одна в одної і які ознаки такої крадіжки.

Майже відразу після народження нових зірок навколо них починають формуватися планетні системи. Непрямі докази цього явища в нас є вже понад 30 років. Спостереження за світлом молодих зірок показують неочікуваний надлишок інфрачервоного випромінювання. Джерелом вважалися (і досі вважаються) маленькі частинки пилу (розміром із соту частину сантиметру), що обертаються навколо зірки в диску матерії. Саме з цих пилових частинок, зрештою, утворюються планети.

Наприкінці 2014 року в галузі формування зірок і планет відбулася революція, коли за допомогою Великого міліметрового радіотелескопа Атаками (ВМРА) у чилійській пустелі були отримані перші зображення дисків, що формують планети навколо зірок. Перші і наступні знімки з ВМРА були просто-напросто вражаючими. Багато дисків мали особливості та структури, які можна пояснити наявністю повністю сформованих планет, подібних до Юпітера.

Зображення високої роздільної здатності дисків, що формують планети. Джерело: Великий міліметровий радіотелескоп Атаками (ВМРА).

Народження планет відбувається швидко після початку зореутворення, і, звичайно, поки зірка все ще взаємодіє зі своїми зірковими братами та сестрами в зоряних яслах. Оскільки планети формуються так швидко, на них буде впливати густонаселене середовище зореутворення. Орбіти планет можуть змінюватися, що може проявлятися у різний спосіб.

Мандрівні планети

Час від часу відстань планети від батьківської зірки стає меншою або більшою, але частіше спостерігається зміна форми орбіти – зазвичай вона стає менш круглою (більш ексцентричною). Іноді планета виходить зі своєї орбіти, розташованої навколо батьківської зірки і стає «вільною мандрівницею» в регіоні зореутворення, тобто вона не прив’язана до жодної зірки гравітацією.

Значна частина планет, які вільно формуються, захоплюються, стаючи гравітаційно пов’язаними до іншої зірки, на відміну від тої, навколо якої вони утворилися. Майже така сама кількість планет навіть викрадається зі своєї орбіти, тобто безпосередньо обмінюється між зірками без попереднього вільного руху.

Вивчаючи це велике планетне пограбування, ми дізналися, що планети, утворені у найбільш густонаселених регіонах зореутворення, можуть бути легко захопленими або викраденими зірками, які набагато важчі за наше Сонце. Зірки формуються у широкому діапазоні мас. Наше Сонце трохи незвичайне, адже воно майже вдвічі важче за середню масу зірки у Всесвіті. Проте, існує невелика кількість зірок, які ще важчі, ніж Сонце, і ці зірки типу ОВ випромінюють більшість світла, яке ми можемо спостерігати у Чумацькому Шляху (та в інших галактиках).

Екзопланети навколо зірок спектрального класу B

Ці масивні зірки дуже яскраві, але їх життя набагато коротше, ніж у Сонця, а в деяких випадках вони живуть лише кілька мільйонів років (а не мільярдів). Тому не варто сподіватися, що ми знайдемо планети навколо них.

Однак у 2021 році дослідження кількості екзопланет навколо зірок спектрального класу B (Beast), яке очолювали вчені Стокгольмського університету, виявило планету, що обертається навколо зірки, маса якої майже в десять разів більша за масу Сонця, на відстані, яка у 550 разів перевищує відстань між Землею та Сонцем. Науковці також виявили планету, яка обертається навколо зірки, що в дев’ять разів перевищує масу Сонця і знаходиться на відстані, яка у 290 разів перевищує відстань між Землею та Сонцем.

Дослідження Beast знайшло планети, що обертаються навколо зірок в OB-асоціації Скорпіона-Центавра (регіоні зореутворення), які зараз поступово розчиняються у Чумацькому Шляху. Можливе пояснення існування цих планет полягає в тому, що вони утворилися точно так само, як і газові планети-гіганти у нашій Сонячній системі, але вони масивніші та розташовані на більшій відстані, бо являють собою нашу планетну систему у збільшеному масштабі.

Однак масивні зірки випромінюють велику кількість ультрафіолетового світла, яке може випаровувати газ, з якого формуються планети-гіганти, такі як Юпітер та Сатурн. То як же екзопланети опиняються поруч із цими зірками?

Завдяки нашому попередньому дослідженню ми знаємо, що крадіжка та захоплення планет можуть відбуватися у густонаселених регіонах зореутворення, тому ми шукали у наших моделях планети, які були захоплені або вкрадені масивними зірками.

Наше нове пояснення існування екзопланет навколо зірок спектрального класу B полягає в тому, що вони опинилися на своїх орбітах через планетне пограбування – вони народилися навколо інших зорь і згодом були захоплені чи викрадені масивними зірками. Ці планетні системи зазвичай знаходяться на широких орбітах (принаймні у 100 разів більше за відстань між Землею та Сонцем) і мають великий ексцентриситет, що відрізняється від більш круглих орбіт і близьких планет у нашій Сонячній системі, які, як ми вважаємо, утворилися на місці.

Можливо, у нашій Сонячній системі є захоплена планета – невловима і гіпотетична дев’ята планета, але Юпітер та інші планети-гіганти сформувалися навколо нашого Сонця.

Наше комп’ютерне моделювання також, здається, передбачає поширеність цих систем (одна або дві на регіон зореутворення) і орбітальні характеристики екзопланет навколо зірок спектрального класу B. Подальші спостереження допоможуть пролити більше світла на походження цих планет, але наразі вони є ще одним захоплюючим відкриттям у галузі науки про екзопланети.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «How massive stars steal planets – new research» в журналі «The Conversation» 8 вересня 2022 р.

Переклали Каріна Липка, Яна Руча та Ірина Тесленко.