Смерть юпитеров: Приливный приговор

Первые шаги разрушения «горячего юпитера» материнской звездой

Их называют «горячими юпитерами» - планеты размерами с самого крупного жителя Солнечной системы, но с намного более высокой температурой поверхности. Находясь в несколько раз ближе к своим звездам, чем Меркурий – к Солнцу, они порядком разогреваются.

Из-за этих экстремальных свойств их проще других обнаруживать у далеких звезд. Ученым известно немало экзопланет, относящихся к этому классу. Но большинство из них обречены: по новым данным, приливные силы материнской звезды редко оставляют им шанс на долгую и спокойную жизнь, довольно активно разнося их на куски.

На самом деле, еще только приступая к поиску экзопланет в скоплениях, насчитывающих многие миллионы звезд, ученые ожидали чего-то большего. Однако каждая такая находка становится настоящим событием: за чуть более десятка лет поиска открыто порядка 500 таких тел. К примеру, исследование шарового скопления 47 Тукана, охватившее 34 тыс. звезд, по расчетам, должно было принести несколько десятков новых планет. Но не нашлось ни единой.

Этому предложено несколько объяснений. Во-первых, для планет подобные неупорядоченные скопления – не лучшее место; высокая плотность звезд создает крайне неспокойную обстановку. Во-вторых, 47 Тукана (как и другие аналогичные скопления) отличаются низким содержанием металлов (напомним, что в астрономии металлами условно называют все элементы тяжелее водорода и гелия), которые и служат основным материалом для формирования планет.

А недавно появилось и третья причина. Недавнее исследование показало, что и в 47 Тукана, и в подобных ему скоплениях вполне могло быть немало «горячих юпитеров». Они все просто погибли. Колоссальная мощь гравитационных взаимодействий огромной газовой планеты, вращающейся очень близко к еще более огромной звезде, создает разрушительные приливные силы, противостоять которым пухлые и горячие великаны не в силах.

Напомним, что приливные силы появляются при движении любого достаточно протяженного тела в любом неоднородном силовом поле (будь то поле электромагнитное или гравитационное). Упрощенно говоря, сила, действующая со стороны поля на одну часть тела, отличается от силы, действующей на другую. Это вызывает в теле напряжение и деформацию. Этот механизм не только приводит к появлению приливов и отливов на Земле, но и, по мнению некоторых ученых, подогревает один из спутников Сатурна («Лед плюс трение»). Эти же силы разрушают крупные кометы, оказавшиеся слишком близко к Солнцу или тому же Юпитеру.

Итак, по мере того, как крупный «горячий юпитер» движется по своей низкой орбите вокруг звезды, его гравитация порождает на поверхности светила своего рода «цунами», волну вещества, притянутого планетой и движущуюся вслед за ней – с некоторым, конечно, опозданием. Этот процесс понемногу отбирает энергию вращающегося тела, и планета подходит еще ближе к звезде. «Цунами» на ней становится выше и отбирает еще больше энергии, планета еще больше опускается… Процесс может продолжаться миллиарды лет, пока планета окончательно не рухнет на поверхность звезды или, что более вероятно, не будет разорвана на куски колоссально возросшими приливными силами.

Такая картина получилась у исследователей, проведших моделирование действия приливных сил на условный «горячий юпитер», расположенный в скоплении 47 Тукана. Исходя из известных размеров и массах представленных здесь звезд, ученые подсчитали наиболее вероятные положения и орбитальные характеристики планет – и, действительно, практически ни одна из них не протянула долго и была разрушена.

Точнее говоря, к тому моменту, когда смоделированное скопление достигло 1 млрд лет от роду, в нем погибло уже около трети «горячих юпитеров». А ведь это очень юный возраст; даже Солнечная система насчитывает 4,5 млрд лет, а само 47 Тукана, по оценке ученых, старше 11 млрд лет. К этому возрасту, как показало моделирование, должно исчезнуть более 96% его планет. Неудивительно, что обнаружить ничего не удается.

По пресс-релизу NASA Goddard Space Flight Center