В 1992 году человечество в своих попытках понять Вселенную сделало значительный шаг вперед. Именно тогда астрономы открыли первые экзопланеты. Их назвали Полтергейст (шумный призрак) и Фобетор (пугающий), и они вращаются вокруг пульсара на расстоянии около 2300 световых лет.
Несмотря на то, что мы думали, что вокруг других звезд должны быть другие планеты, и на этой идее были построены целые научно-фантастические франшизы, мы не знали наверняка и не могли просто принять это за правду. Беглый взгляд на историю человечества показывает, насколько ошибочными могут быть наши предположения о природе.
С тех пор, во многом благодаря миссиям НАСА Kepler и TESS, поток открытий экзопланет подтвердил наши предположения о планетах в других солнечных системах. Но если мы предполагали, что другие солнечные системы будут во многом похожи на нашу - нам больше не на что было ориентироваться, - то 5000 с лишним экзопланет, которые мы обнаружили, показали нам всю глупость наших предположений.
Нас нельзя винить за предположение, что другие солнечные системы будут похожи на нашу. Логично, что каменистые планеты будут находиться ближе всего к звезде, а газовые гиганты и ледяные гиганты - дальше. Даже аккуратная граница в виде главного пояса астероидов имеет смысл. Также логично, что планеты будут вращаться вокруг своей звезды по эклиптике с небольшими отклонениями, как и планеты в нашей системе.
Но вместо этого астрономы обнаружили преобладание газовых гигантов, включая горячие юпитеры. Фактически, первой экзопланетой, обнаруженной вокруг звезды, похожей на Солнце, был горячий Юпитер, который обращался вокруг своей звезды всего за четыре дня. Во многом это можно списать на погрешность обнаружения в транзитном методе, на который приходится большинство обнаруженных планет.
Наши предположения об упорядоченных солнечных системах, подобных нашей, уже давно ушли в зеркало заднего вида, поскольку мы обнаружили экзопланеты на дико эксцентричных орбитах, экзопланеты в местах, где мы их никогда не ожидали, например, на орбите вокруг белых карликов, и планеты настолько причудливые, что с неба может падать дождь из расплавленного железа.
Но есть подкласс экзопланет, который привлекает все больше внимания ученых, изучающих экзопланеты. Эти планеты обращаются по полярным орбитам вокруг своих звезд. Группа астрономов обнаружила еще одну такую планету, и это открытие требует объяснения.
Астрономы используют эффект Росситера-Маклафлина, чтобы определить, в какую сторону вращается звезда и находится ли экзопланета на полярной орбите. Он основан на красном и голубом смещении. Сторона звезды, вращающаяся в нашу сторону, приближается к нам, и свет от этой части Солнца будет смещаться в голубую сторону. Сторона, вращающаяся от нас, смещает свой свет в красный цвет. Когда перед звездой проходит планета, она влияет на смещение, и астрономы могут измерить этот эффект.
Исследователи представили свою работу в новой статье, которая будет опубликована в журнале "Астрономия и астрофизика". Она называется "Пухлая полярная планета: Горячий Юпитер TOI-640 b с низкой плотностью находится на полярной орбите". Ведущий автор - Эмиль Кнудструп, аспирант кафедры физики и астрономии Орхусского университета, Дания. Другой автор, Саймон Альбрехт, известен исследованиями экзопланет на полярных орбитах и является автором и соавтором других работ на эту тему.
TOI-640 - звезда F-типа главной последовательности. Она примерно в 1,5 раза массивнее Солнца и примерно вдвое больше по радиусу. Возраст звезды составляет около 2 миллиардов лет, а удалена она от нас на 1115 световых лет. TOI-640 - бинарная звезда, а ее спутник - красный карлик.
TOI-640 b - это горячий, пухлый Юпитер. Его масса составляет около 60% от массы Юпитера, а радиус - около 1,7 радиуса Юпитера. Но что выделяет эту планету, так это ее звездная косоугольность. Звездная косоугольность - это разница между осью вращения звезды и орбитой ее планет. У TOI-640 звездное наклонение составляет 184 ± 3°. Это означает, что планета TOI-640 b находится на полярной орбите вокруг звезды.
И TOI-640 b - не единственная.
Таких планет слишком много, чтобы просто игнорировать их как нерегулярные. Исследования показывают, что хотя большинство горячих юпитеров движутся по орбитам, выровненным со своей звездой, значительное число планет имеет смещенные орбиты. Те из них, у которых орбиты смещены, как правило, имеют полярные орбиты.
Интересно, что несогласованные орбиты не охватывают диапазон наклонов. Вместо этого они имеют тенденцию собираться на полярных орбитах, что не может быть случайностью. В работе 2021 года под названием "A Preponderance of Perpendicular Planets" авторы пишут, что "скопление полярных орбит - это ключ к разгадке неизвестных процессов возбуждения и эволюции наклонности".
В той же работе 2021 года исследователи описали четыре возможные причины появления планет на полярных орбитах и то, почему существует тенденция к выходу планет на полярные орбиты.
Приливная диссипация: Астрономы считают, что ТД обычно гасит наклонность, но в некоторых случаях это может привести к тому, что наклонность задержится на 90°. Это происходит, когда в демпфировании преобладает диссипация инерционных волн, движимых в конвективной зоне силами Кориолиса. Но у некоторых звезд с планетами на полярных орбитах конвективные зоны отсутствуют, а у других расстояние между ними и планетами настолько велико, что влияние TD пренебрежимо мало.
Механизм Козаи: Это взаимодействие между звездой, ее планетой и третьим телом, называемым пертурбером. Он может влиять на наклонение и эксцентриситет и даже переворачивать планеты на ретроградную или проградную орбиту. У TOI-640 есть красная карликовая звезда-партнер, которая может действовать как пертурбер.
Пересечение секулярного резонанса: Это происходит в начале истории Солнечной системы, когда диск еще сильно выражен. Резонанс между транзитной планетой и внешним компаньоном уменьшает массу диска. Это возбуждает наклон внутренней планеты и подталкивает ее к 90°.
Магнитное искривление: Это может наклонить весь протопланетный диск к перпендикулярной ориентации. Но этому могут противодействовать и другие факторы, например, магнитное торможение и дисковые ветры.
Авторы отмечают, что эти механизмы могут объяснить некоторые из наблюдаемых ими полярных орбит, но не все. "Хотя эти механизмы могут объяснить некоторые части наблюдаемого распределения, они, по-видимому, не способны полностью воспроизвести наблюдения по отдельности", - пишут они.
Но все эти механизмы могут объяснить существование планет на полярных орбитах. Природе не нужно полагаться только на один из них. "Было бы интересно увеличить размер выборки и расширить пространство параметров, чтобы попытаться расшифровать, работают ли эти механизмы в тандеме в различных типах систем, в которых обитают различные типы планет", - пишут они.
По мере того, как астрономы узнают больше о других солнечных системах, детали того, какие механизмы доминируют в какое время и при каких условиях, станут более ясными. Возможно, их открытия проверят и другие наши предположения о других солнечных системах".
