За последние десятилетия астрономы открыли тысячи экзопланет — миров, вращающихся вокруг других звёзд. Эти открытия показали, что планетные системы могут сильно отличаться от Солнечной. Одним из самых неожиданных типов стали так называемые «горячие Юпитеры» — гигантские газовые планеты, по массе сравнимые с Юпитером, но обращающиеся вокруг своей звезды на очень близких орбитах и совершающие оборот всего за несколько дней.
Однако всё больше данных намекает, что такие планеты могут быть не одиноки. В некоторых системах вместе с горячими Юпитерами обнаруживаются их дальние «родственники» — холодные Юпитеры. Это тоже газовые гиганты, но они расположены далеко от звезды, обычно за так называемой линией снега — на расстоянии примерно от 3 астрономических единиц и дальше.
Такие пары представляют большой интерес для астрономов, поскольку могут рассказать о том, как формируются и эволюционируют планетные системы.
Почему холодные гиганты важны
Дальние газовые гиганты играют заметную роль в динамике планетной системы. Их гравитация может менять орбиты других планет, влиять на распределение астероидов и комет и даже определять условия существования каменистых миров ближе к звезде.
Считается, что системы с гигантами на относительно спокойных орбитах имеют более стабильную структуру. Это повышает вероятность того, что внутренние каменистые планеты смогут долгое время оставаться на почти круговых орбитах — подобно Земле. В противоположном случае сильные гравитационные взаимодействия могут вызывать нестабильность, приводить к выбросу планет из системы или к сильным бомбардировкам малых тел.
Именно поэтому понимание того, насколько часто горячие и холодные Юпитеры встречаются вместе, может помочь оценить разнообразие планетных систем во Вселенной.
Редкая, но показательная конфигурация
На сегодняшний день известно лишь несколько систем, где горячий Юпитер соседствует с удалённым гигантом. Один из примеров — система звезды HD 83443. Там обнаружена внешняя планета с периодом обращения около 22 лет и очень вытянутой орбитой.
Подобная конфигурация может возникать из-за динамических событий в молодости системы. Взаимодействия между планетами способны выбросить одну из них на далёкую эллиптическую орбиту, а другую — наоборот, отправить ближе к звезде. В результате появляется комбинация горячего и холодного гиганта.
Такие системы пока редки, но исследователи подозревают, что это может быть лишь иллюзией наблюдений.
Почему мы их не видим
Главная проблема заключается в методах поиска экзопланет. Большинство известных планет обнаружено либо транзитным методом, либо методом лучевых скоростей. Оба способа лучше всего работают для массивных планет, расположенных близко к звезде.
Далёкие планеты совершают оборот за десятки лет, поэтому для их обнаружения нужны очень длительные наблюдения. В результате даже хорошо изученные системы могут скрывать гигантов на дальних орбитах.
Исследование, посвящённое этой проблеме, проанализировало данные наблюдений 28 звёзд, вокруг которых уже известны горячие Юпитеры. Учёные использовали архивные измерения лучевых скоростей — изменения скорости звезды под действием гравитации планеты.
Что показали моделирования
Чтобы понять, какие планеты могли остаться незамеченными, исследователи провели серию компьютерных экспериментов. В реальные данные добавлялись «синтетические» сигналы гипотетических планет, после чего проверялось, можно ли их обнаружить теми же методами.
Результат оказался неожиданным: существующие наблюдения плохо чувствительны к холодным Юпитерам. В среднем они позволяют обнаружить лишь около половины таких планет, если они находятся дальше примерно 3 астрономических единиц от звезды.
Это означает, что значительное число гигантов может оставаться скрытым просто из-за недостаточной продолжительности наблюдений.
Как улучшить поиски
Учёные также проверили различные стратегии будущих наблюдений. Они сравнили влияние трёх факторов:
- точности измерений,
- частоты наблюдений,
- продолжительности программы наблюдений.
Оказалось, что самым важным фактором является длительность наблюдений. Даже относительно небольшие телескопы могут успешно находить далёкие планеты, если наблюдения ведутся регулярно и на протяжении многих лет.
Более высокая точность приборов тоже помогает, но её вклад оказался менее значительным, чем ожидалось. В некоторых случаях частые наблюдения на менее точном оборудовании дают результат не хуже, чем редкие измерения на самых современных спектрографах.
Что это значит для будущих открытий
Полученные результаты показывают, что многие системы с горячими Юпитерами могут иметь скрытых внешних гигантов. Если это подтвердится, то такие пары планет окажутся гораздо более распространёнными, чем считалось ранее.
Долгосрочные программы наблюдений смогут постепенно раскрыть эту скрытую популяцию. А значит, в ближайшие годы астрономы могут обнаружить ещё множество «семей», где рядом с раскалённым газовым гигантом на тесной орбите скрывается холодный и далёкий планетный гигант.
Такие открытия помогут лучше понять, как формируются планетные системы — и насколько уникальной или, наоборот, обычной является наша собственная Солнечная система.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
