Гигантские столкновения могут вызывать сейсмические колебания, длящиеся миллионы лет
Ранняя Солнечная система была крайне хаотичным местом, о чем свидетельствует поверхность Луны, покрытая кратерами от многочисленных столкновений. Подобные процессы, вероятно, происходят и в других молодых планетных системах. В новом исследовании астрономы смоделировали столкновение двух массивных экзопланет, чтобы выяснить, могут ли такие удары порождать долгоживущие сейсмические волны, которые можно было бы зафиксировать с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST).
Некоторые экзопланеты-гиганты содержат в своих ядрах более 100 масс Земли в виде твердого материала. Ученые предполагают, что они достигли таких размеров и металличности в результате столкновений и слияний с другими протопланетами. В ходе нового моделирования исследователи изучили последствия удара между молодым газовым гигантом и более массивной зрелой планетой.
Работа под названием "Seismic Oscillations Excited by Giant Impacts in Directly-Imaged Giant Planets" была проведена под руководством теоретического физика Дж. Дж. Занацци из Калифорнийского университета в Беркли. Ученые задались двумя ключевыми вопросами: могут ли подобные столкновения вызывать мощные и долгоживущие сейсмические колебания, и способен ли JWST их обнаружить.
Хотя телескоп не может напрямую фиксировать сейсмические волны, он способен улавливать малейшие изменения в свете. Если колебания достаточно сильны, JWST сможет засечь их по фотометрическим изменениям в излучении планеты.
В качестве примера исследователи рассмотрели экзопланету Бета Живописца b — молодой супер-Юпитер массой около 13 масс Юпитера, возраст которого оценивается в 12–20 миллионов лет. Эта планета обладает высокой металличностью, что, вероятно, связано с интенсивным поглощением планетезималей. Согласно расчетам, столкновение с объектом массой Нептуна (17 масс Земли) могло бы возбудить в Бета Живописца b сейсмические колебания, сохраняющиеся в течение миллионов лет.
Исследователи пришли к выводу, что JWST мог бы зафиксировать изменения светимости планеты, вызванные такими колебаниями, если столкновение произошло в последние 9–18 миллионов лет. Этот метод открывает новые возможности для изучения внутреннего строения экзопланет.
Кроме того, авторы работы отмечают, что сейсмические колебания могут возникать не только из-за столкновений, но и в результате миграции планет. Например, горячие и теплые юпитеры, формирующиеся через высокоэксцентричную миграцию, могут демонстрировать колебания, вызванные приливными силами от звезды.
Исследование предлагает новый подход к изучению далеких планетных систем, позволяя заглянуть в их внутреннюю структуру и историю формирования.