Разгадана тайна исчезновения планет в системах тесных двойных звезд
Астрономы раскрыли причину исчезновения планет у тесных двойных звезд. Многолетняя загадка, почему при том, что большинство звезд рождается парами и имеет планеты, самих планет, обращающихся сразу вокруг двух светил, обнаружено крайне мало, нашла свое решение. Новое исследование показывает, что планеты в таких системах активно уничтожаются из-за эффектов общей теории относительности Эйнштейна.
Ученые десятилетиями не могли объяснить шокирующую статистику: из более чем 6000 подтвержденных экзопланет только 14 обращаются вокруг двойных звездных систем. Особенно выражен этот дефицит у тесных пар, период обращения которых вокруг друг друга составляет менее семи дней. Ожидалось, что, к примеру, в данных миссии Kepler может быть около 300 таких планет, однако кандидатов нашлось лишь 47, а подтвержденных — всего 14.
Как выяснили авторы новой работы, ключ к разгадке лежит в долговременной эволюции орбит. В двойной системе и звезды, и планета испытывают прецессию — медленное вращение орбиты в пространстве. У планеты оно вызвано изменяющимся гравитационным полем двух звезд, а у самих звезд, по мере их сближения друг с другом под действием приливных сил, главным фактором становится релятивистская прецессия, предсказанная общей теорией относительности.
Со временем скорости этих двух прецессий входят в резонанс. Это приводит к катастрофическому вытягиванию орбиты планеты в узкий эллипс. На каждом витке планета все ближе подходит к звездной паре, пока не попадает в область динамической нестабильности, где гравитационное взаимодействие трех тел становится хаотичным. В этот момент планета либо разрушается приливными силами или поглощается одной из звезд, либо выбрасывается из системы прочь. Компьютерное моделирование показывает, что таким образом уничтожается около 80% планет у тесных двойных звезд, причем большинство из них физически разрушаются, а не просто покидают систему.
Это объясняет, почему немногие уцелевшие планеты обнаруживаются чуть дальше границы этой нестабильности — достаточно далеко, чтобы выжить, но достаточно близко, чтобы их можно было заметить. Исследование предполагает, что планет в таких системах во Вселенной, возможно, и не меньше, но они существуют на очень широких орбитах, где современные инструменты пока не могут их надежно обнаружить. Таким образом, почти через столетие после того, как общая теория относительности объяснила аномалии в орбите Меркурия, она снова меняет понимание астрономами динамики планет, показывая, как релятивистские эффекты могут стирать целые миры с космической карты.
Работа в научном журнале The Astrophysical Journal Letters.