Астрономы поставили под сомнение существование сверхмассивных каменистых планет
Астрономы предположили, что некоторые экзопланеты, которые считались необычайно массивными каменистыми мирами, могут оказаться результатом ошибок измерений. Исследователи обнаружили неожиданную закономерность: все рассмотренные ими кандидаты в такие планеты обращаются вокруг звёзд с повышенной активностью. Это позволяет предположить, что их массы могли быть завышены из-за влияния процессов, происходящих на поверхности звёзд.
Речь идёт о так называемых мега-Землях — предполагаемых каменистых планетах, масса которых значительно превышает массу Земли. Их существование представляет проблему для современных моделей формирования планет, поскольку достаточно массивные твёрдые ядра обычно должны притягивать большое количество газа и постепенно превращаться в планеты с плотной газовой оболочкой.
Согласно распространённым моделям планетообразования, каменистое ядро массой примерно в десять раз больше земной способно начать быстро накапливать газ из окружающего протопланетного диска. При благоприятных условиях такой объект должен превратиться в газовую планету, а не остаться огромным каменистым миром.
Однако наблюдения выявили несколько экзопланет, которые, по результатам измерений, обладают очень большой массой и при этом сравнительно небольшим радиусом. Расчётная плотность таких объектов указывает на преобладание тяжёлых материалов, а не водорода и гелия.
Для объяснения их существования астрономы предлагали разные сценарии. Например, планета могла сформироваться в необычных условиях или потерять первоначальную газовую оболочку под действием интенсивного излучения своей звезды. Но новое исследование предлагает рассмотреть более простую возможность: некоторые из этих объектов могут быть не настолько массивными, как считалось раньше.
Чтобы определить массу далёкой экзопланеты, астрономы часто используют метод лучевых скоростей. Планета своим притяжением заставляет звезду немного двигаться вокруг общего центра масс. Эти движения вызывают небольшие изменения в спектре звезды, по которым можно рассчитать массу планеты.
Проблема заключается в том, что похожие изменения способны возникать и без участия планеты. Звёздные пятна, магнитные поля и другие проявления активности меняют форму спектральных линий. В результате измерения могут содержать дополнительные сигналы, которые трудно отделить от гравитационного воздействия планеты.
В новом исследовании Кейси Бринкман и Николас Коуэн изучили известные сверхмассивные каменистые экзопланеты и обнаружили, что все они обращаются вокруг сравнительно активных звёзд. Для оценки активности использовался специальный показатель, характеризующий хромосферное излучение звезды. У всех рассмотренных систем его значение превышало установленный исследователями порог.
По расчётам авторов, вероятность того, что все такие планеты случайно оказались бы возле активных звёзд, составляет менее 1%. При этом исследователи не обнаружили убедительного физического механизма, который объяснял бы, почему чрезвычайно массивные каменистые планеты должны преимущественно формироваться именно в подобных системах.
Авторы предполагают, что необычная связь между предполагаемыми мега-Землями и активностью звёзд указывает на систематические ошибки определения планетных масс. Если вклад звёздной активности учтён недостаточно точно, масса экзопланеты может оказаться завышенной, а её рассчитанная плотность — значительно больше действительной.
Исследователи также поставили под сомнение надёжность некоторых статистических методов, используемых для отделения планетных сигналов от звёздного шума. В частности, речь идёт о моделях на основе гауссовских процессов, которые широко применяются при анализе измерений лучевых скоростей.
Это не означает, что такие методы всегда дают неправильные результаты. Однако новое исследование показывает, насколько осторожно необходимо интерпретировать измерения в системах с активными звёздами, особенно когда полученные характеристики планет противоречат распространённым моделям их формирования.
Если предположение подтвердится, астрономам придётся пересмотреть характеристики некоторых известных экзопланет. Объекты, которые сегодня выглядят как чрезвычайно плотные каменистые миры, могут оказаться менее массивными планетами, не требующими необычных сценариев формирования.
При этом исследование не доказывает, что мега-Земли вообще не существуют. Авторы выявили статистическую закономерность и предложили её объяснение, но для окончательных выводов необходимы дополнительные наблюдения и независимые измерения масс отдельных планет.
Работа подчёркивает важную проблему современной астрономии: даже очень точные приборы не всегда позволяют однозначно отделить слабый сигнал планеты от процессов, происходящих на её звезде. Поэтому дальнейшее изучение звёздной активности может изменить представления не только об отдельных экзопланетах, но и о том, какие типы планет способны формироваться во Вселенной.
Исследование опубликовано в архиве научных препринтов .