Как газовые гиганты выбрасывают соседей в межзвёздное пространство
Учёные давно задаются вопросом: откуда берётся такое огромное количество планет-бродяг — миров, которые не вращаются вокруг ни одной звезды и бесконечно скитаются в темноте космоса? По последним оценкам, таких объектов в нашей Галактике в 19 раз больше, чем планет, находящихся на значительном удалении от своих звёзд. Новое исследование астрономов из Пекинского планетария предлагает неожиданное объяснение: «виновниками» оказываются сами планеты — те, что расположены близко к родной звезде.
Авторы работы, опубликованной на сервере препринтов arXiv, провели компьютерное моделирование и выяснили, как именно это происходит. Представьте планету, которая обращается очень далеко от своей звезды — на таком расстоянии, где царит вечный холод. Если в системе есть ещё одна звезда — компаньон — её притяжение со временем начинает постепенно «раскачивать» орбиту этой далёкой планеты. Миллионами лет орбита вытягивается и приобретает форму очень длинного эллипса. В какой-то момент планета на своей траектории оказывается вблизи внутренних областей системы — там, где теснятся другие, «тёплые» планеты. Происходит что-то вроде гравитационного бильярда.
Два небесных тела не обязательно должны столкнуться напрямую. При тесном сближении они обмениваются орбитальной энергией, и этого «пинка» зачастую оказывается достаточно, чтобы пришелец преодолел притяжение звезды и навсегда покинул систему. Именно внутренние планеты играют роль «вышибал» на этой космической дискотеке.
Эффективность «вышибал» при этом сильно зависит от их размера. Наибольшую угрозу для пришельцев представляют так называемые горячие юпитеры — массивные газовые гиганты, которые обращаются очень близко к звезде: они выбрасывают вторгшуюся планету размером с Юпитер примерно в 80% случаев. Меньшие по размеру планеты — «суперземли» — гораздо хуже справляются с юпитероподобными гостями (лишь в 6,5% случаев), зато легко выгоняют других суперземель — более чем в половине ситуаций.
Впрочем, «вышибалы» не выходят из этой схватки без последствий. Иногда при столкновении орбита внутренней планеты настолько искажается, что та начинает по спирали падать на родную звезду и поглощается ею. В других случаях планета выживает, но её орбита становится сильно вытянутой, наклонённой или даже перевёрнутой — словно память о перенесённой космической катастрофе.
По расчётам исследователей, описанный механизм объясняет происхождение около 8% всех планет-бродяг. На первый взгляд немного, но с учётом их колоссального числа в Галактике — вклад весьма существенный. Подтвердить или опровергнуть эти выводы поможет телескоп «Нэнси Грейс Роман», запуск которого ожидается в ближайшие годы: он способен обнаружить тысячи новых планет-бродяг и дать реальные статистические данные для проверки теории.
