Команда астрофизиков под руководством Принстона показала, что WASP-12b по спирали приближается к своей звезде-хозяину, направляясь к верному разрушению. Их статья появится в декабре.
27 августа 2019 г., выпуск Astrophysical Journal Letters.
WASP-12b известен как «горячий Юпитер», гигантская газовая планета, похожая на нашу соседнюю планету Юпитер, но очень близкую к своей собственной звезде, вращаясь вокруг Солнца всего за 26 часов. (Напротив, у нас на орбите уходит 365 дней, и даже Меркурию, самой внутренней планете нашей солнечной системы, требуется 88 дней.)
«С момента открытия первого« горячего Юпитера »в 1995 году – открытия, которое в этом году было отмечено Нобелевской премией по физике – мы задавались вопросом, как долго могут существовать такие планеты», – сказал Джошуа Винн, профессор астрофизических наук. в Принстоне и один из авторов статьи. "Мы были уверены, что они не могут длиться вечно.
Сильное гравитационное взаимодействие между планетой и звездой должно заставить планету закручиваться внутрь и разрушаться, но никто не мог предсказать, сколько времени это займет. Это могут быть миллионы лет, миллиарды или триллионы. Теперь, когда мы измерили скорость, по крайней мере, для одной системы – это миллионы лет – у нас есть новый ключ к пониманию поведения звезд как жидких тел."
Проблема в том, что когда WASP-12b вращается вокруг своей звезды, два тела оказывают друг на друга гравитационное притяжение, вызывая «приливы», как океанские приливы, поднятые Луной на Земле.
Внутри звезды эти приливные волны заставляют звезду слегка искажаться и колебаться. Из-за трения эти волны разбиваются, и колебания затухают – процесс, который постепенно преобразует орбитальную энергию планеты в тепло внутри звезды.
Трение, связанное с приливами, также оказывает на планету гравитационный момент, заставляя планету закручиваться по спирали внутрь. Измерение того, насколько быстро сужается орбита планеты, показывает, насколько быстро звезда рассеивает орбитальную энергию, что дает астрофизикам подсказки о внутренней части звезды.
«Если мы сможем найти больше планет, таких как WASP-12b, орбиты которых распадаются, мы сможем узнать об эволюции и возможной судьбе экзопланетных систем», – сказал первый автор Сэмюэл Йи, аспирант астрофизических наук. "Хотя это явление предсказывалось для близких планет-гигантов, таких как WASP-12b, в прошлом, мы впервые увидели этот процесс в действии."
Одним из первых, кто сделал это предсказание, был Фредерик Расио, профессор физики и астрономии Джозефа Каммингса в Северо-Западном университете, который не участвовал в работе Йи и Винна. «Мы все ждали почти 25 лет, чтобы этот эффект был обнаружен наблюдательными методами», – сказал Расио. "Последствия короткой временной шкалы, измеренной для орбитального распада, также очень важны. В частности, это означает, что должно быть гораздо больше горячих юпитеров, которые уже прошли весь путь. Когда они достигнут предела Роша – предела разрушения приливов для объекта на круговой орбите – их оболочки могут сорваться, обнажив скалистое ядро, которое выглядит так же, как супер-Земля (или, может быть, мини-Нептун, если они смогут). сохрани немного их конверта)."
Расио также редактирует Astrophysical Journal Letters, журнал, в котором публикуется новая статья.
Первоначально исследователи отправили свою статью в менее престижный родственный журнал, также издаваемый Американским астрономическим обществом, но Расио перенаправил ее в ApJ Letters из-за «особенно большого значения» исследования. «Часть моей работы заключается в обеспечении того, чтобы все основные новые открытия, представленные в рукописях, представленных в журналы AAS, рассматривались для публикации в ApJ Letters», – сказал он. "В данном случае это было несложно."
WASP-12b был открыт в 2008 году с помощью метода транзита, при котором астрономы наблюдают небольшое падение яркости звезды, когда планета проходит перед ней, каждый раз, когда она завершает свой оборот по орбите.
С момента открытия интервал между последовательными погружениями сократился на 29 миллисекунд в год – наблюдение, которое впервые было отмечено в 2017 году соавтором Кишор Патра, тогда еще студентом Массачусетского технологического института.
Это небольшое сокращение может указывать на то, что орбита планеты сокращается, но есть и другие возможные объяснения: если орбита WASP-12b имеет более овальную форму, чем круговую, например, очевидные изменения в орбитальном периоде могут быть вызваны изменением ориентации орбита.
Чтобы убедиться, что орбита на самом деле сокращается, нужно посмотреть, как планета исчезает за своей звездой, что называется затмением.
Если орбита просто меняет свое направление, фактический орбитальный период не меняется, поэтому, если транзиты происходят быстрее, чем ожидалось, затмения должны происходить медленнее. Но если орбита действительно затухает, время прохождения и затмений должно сдвигаться в одном направлении.
За последние два года исследователи собрали больше данных, в том числе новые наблюдения за затмением, сделанные с помощью космического телескопа Спитцера.
«Эти новые данные убедительно подтверждают сценарий орбитального распада, что позволяет нам твердо сказать, что планета действительно движется по спирали к своей звезде», – сказал Йи. "Это подтверждает давние теоретические предсказания и косвенные данные, предполагающие, что горячие юпитеры в конечном итоге должны быть уничтожены в ходе этого процесса."
Это открытие поможет теоретикам понять внутреннее устройство звезд и интерпретировать другие данные, касающиеся приливных взаимодействий, сказал Винн. "Он также рассказывает нам о времени жизни горячих юпитеров, что может помочь пролить свет на формирование этих странных и неожиданных планет."
"Орбита WASP-12b распадается", – Сэмюэл В. Да, Джошуа Н. Винн, Хизер А. Кнутсон, Кишор С. Патра, Шреяс Виссапрагада, Майкл М. Чжан, Мэтью Дж. Холман, Ави Шпорер и Джейсон Т. Райт, появляется в декабре. 27 августа 2019 г., выпуск Астрофизического журнала.
Исследование было поддержано Принстонским университетом, Фондом Хейзинг-Саймонса, грантом NASA Solar Systems NNX14AD22G, Государственным университетом Пенсильвании, Научным колледжем Эберли и Консорциумом космических грантов Пенсильвании. Авторы хотят признать и признать очень важную культурную роль и почитание, которое встреча на высшем уровне Маунакеа всегда имела в коренной гавайской общине: «Нам очень повезло, что у нас есть возможность проводить наблюдения с этой горы."