Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Юпитеры и самая дальняя четвертая планета размером с Уран находятся в орбитальном резонансе. За то время, которое требуется ближайшему к звезде гиганту, чтобы совершить четыре оборота, средняя планета успевает сделать два полных оборота, а внешняя — один. Резонанс 1:2:4 совпадает с резонансом спутников Юпитера — Ганимеда, Европы и Ио. Резонансы служат подтверждением идеи о том, что три планеты мигрировали к звезде вместе. Взаимное гравитационное притяжение привело к синхронизации их орбит (как это случилось с Юпитером и Сатурном во время разворота при миграции по Солнечной системе). По мере продвижения к звезде планетезимали меньшего размера также могли быть захвачены в орбитальный резонанс и выкинуты вперед. Затем между этим твердыми глыбами могли происходить столкновения, в результате которых они сходили с резонансных орбит и участвовали в формировании суперземли во внутренней части планетной системы.

Примечательно, что отношение размеров самых крупных планет рядом с Глизе 876 очень сильно отличается от отношения размеров Юпитера и Сатурна: мир, который находится дальше от звезды, тяжелее Юпитера в 2,5 раза, тогда как масса второго составляет 0,7 массы Юпитера. Возможно, именно поэтому эти две планеты не совершили разворот, который бы позволил им не стать горячими юпитерами.

Наличие у суперземли братьев-гигантов придает вес теории формирования планет на близких к звезде орбитах из вещества, заметенного во время миграции. Проблема в том, что суперземли встречаются намного чаще горячих юпитеров. Возникает вопрос: как твердый строительный материал попадает в окрестности звезды, если рядом нет метлы-юпитера?

Ловушка мертвой зоны

«Самое важное открытие с момента обнаружения 51 Пегаса b» — так охарактеризовал найденную в 2011 г. новую планетную систему планетолог Джек Лиссауэр из Исследовательского центра Эймса NASA в Калифорнии.

Находка включала шесть планет, проходящих по диску солнцеподобной звезды Кеплер-11 в созвездии Лебедь на расстоянии около 2000 световых лет от Солнечной системы. Из-за большого количества проходящих планет в одной системе и их близкого расположения, указывающего на самый высокий уровень концентрации планет за все время наблюдения, новость об открытии сразу попала на первые полосы прессы.

Пять из шести планет движутся вокруг Кеплер-11 по орбитам, которые вписываются в орбиту Меркурия, а шестая находится чуть дальше от звезды. Анализ изменения времени наступления транзита планет под влиянием взаимного притяжения позволил измерить их массу. Оказалось, что в этом компактном семействе пять суперземель массой от 2 до 8 масс Земли. Из-за слабого влияния на остальные миры в системе установить массу последней планеты, получившей обозначение Кеплер-11 g, несколько труднее. По приблизительной оценке, она не превышает 25 масс Земли, то есть представляет собой мир размером с Нептун.

Итак, мы имеем дело с планетной системой, где не одна, а целых шесть планет находятся на близких к звезде орбитах и где при этом нет горячего юпитера, который мог бы обеспечить необходимое количество вещества. Каким образом подобная система сформировалась? Еще раз процитируем Лиссауэра: «Мы даже не подозревали, что такие системы могут существовать».

Несмотря на всю необычность обнаруженных вблизи Кеплер-11 планет, у нас есть отличный кандидат на роль процесса, который мог бы обеспечить перемещение каменистых тел к звезде и без горячего юпитера — это сопротивление встречного газового ветра. Когда размер таких тел приближается к 1 м, газовый поток уже не способен увлекать их за собой, то есть они становятся достаточно большими, чтобы самостоятельно определять траекторию своей орбиты. Преодолев давление газа, эти камни начинают двигаться немного быстрее окружающего газа, что приводит к появлению встречного ветра. Во второй главе мы уже говорили о значении этого процесса, в результате которого каменистый материал из окрестностей наших планет устремился внутрь системы, к Солнцу. Но принимал ли он участие в формировании горячих суперземель?

В гипотезе торможения массивных осколков твердых пород труднее всего объяснить, что заставило этот поток строительного материала остановиться, избежав столкновения со звездой. Без участия горячего юпитера, способного удерживать каменистые тела на резонансных орбитах, массовый приток материала из-за встречного ветра должен приводить к его полному сгоранию. Требуется что-то, что могло бы заставить его остановиться и cкопиться в определенной области.