Эксцентричный Юпитер
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2023 г. ) |
Эксцентричный Юпитер — это планета-гигант , вращающаяся вокруг своей звезды по эксцентричной орбите. [1] Эксцентричные Юпитеры могут лишить планетную систему права иметь в ней планеты земного типа (хотя и не всегда иметь обитаемые экзолуны ), поскольку массивный газовый гигант с эксцентричной орбитой может выбросить все земной массы экзопланеты из обитаемой зоны , если не из системы. полностью.
Планеты Солнечной системы, кроме Меркурия , имеют орбиты с эксцентриситетом менее 0,1. Однако две трети открытых в 2006 году экзопланет имеют эллиптические орбиты с эксцентриситетом 0,2 и более. [2] Типичная экзопланета с орбитальным периодом более пяти дней имеет средний эксцентриситет 0,23. [3] Открытие этого типа экзопланет вместе с горячими Юпитерами поставило под сомнение некоторые широко распространенные теории формирования Солнечной системы.
История открытия
[ редактировать ]Первая экзопланета, классифицированная как эксцентричный Юпитер, была подтверждена в 1996 году и вращалась вокруг 16 Лебедя. Первая экзопланета вокруг звезды главной последовательности была обнаружена в созвездии 51 Пегаса в прошлом году. Небесные тела, которые вращаются вокруг 16 Лебедя и 70 Виргини с эксцентриситетом орбит более 0,5, первоначально считались коричневыми карликами, прежде чем были проведены более точные измерения их масс. [ нужна ссылка ]
Формирование эксцентрических орбит
[ редактировать ]
Были предложены различные теории происхождения орбит с высоким эксцентриситетом по сравнению с планетами Солнечной системы, которые можно смоделировать и проанализировать с помощью компьютерного моделирования . Одна модель, названная «моделью рогатки», описывает такие орбиты в случае горячего Юпитера в многопланетной системе.
В любой планетной системе орбита планеты изначально близка к идеальному кругу, но если газовых планет-гигантов три и более, ее орбита, вероятно, через определенный промежуток времени исказится. В некоторых случаях одна планета может быть выброшена из системы, а остальные планеты попадут на орбиты с очень большим эксцентриситетом.
Это связано с тем, что энергия, которой обмениваются три планеты во время их обращения, концентрируется на конкретной планете. Это явление практически всегда возникает через определенный промежуток времени, [ количественно ] но когда в Солнечной системе есть только одна или две газовые планеты-гиганты (то есть только Юпитер и Сатурн), система более стабильна в течение жизни звезды главной последовательности, и такая планета практически стабильна на круговой орбите. . Следовательно, есть результат расчета, что каждая планета полупостоянно остается на круговой орбите в Солнечной системе. И наоборот, если есть три или более газовых планет-гигантов, на «фиксированный период» будут сильно влиять масса и расстояние между орбитами планет. Если массивная планета имеет узкий орбитальный интервал, этот период будет короче жизни звезды, и пересечение орбиты произойдет вскоре после образования планетной системы.
Другая теория предполагает, что взаимодействие между планетами-гигантами и протопланетными дисками может увеличить эксцентриситет. [4] Однако с помощью этого механизма трудно объяснить эксцентрическую планету с эксцентриситетом, превышающим 0,4. [5] Кроме того, если планета вращается вокруг звезды, принадлежащей звездной системе , гравитация звезды- компаньона может увеличить эксцентриситет орбиты. [6]
Связь с горячими Юпитерами
[ редактировать ]Было высказано предположение, что горячие Юпитеры, орбиты которых имеют гораздо меньшие полуоси , произошли от газовых гигантов на орбитах с высоким эксцентриситетом. Например, эксцентричный Юпитер может иметь вытянутую эллиптическую орбиту с перицентром около 0,05 а.е. и испытывать приливное торможение при максимальном приближении к своей звезде. В результате планета переходит на примерно круговую орбиту с большой полуосью, сравнимой с ее первоначальным периапсисом, и, таким образом, получает больший поток излучения на всей своей орбите. Например, эксцентричная планета HD 80606 b имеет чрезвычайно эллиптическую орбиту с перицентрическим расстоянием 0,03 а.е. и апоапсисным расстоянием 0,87 а.е. и может быть небесным телом, переходящим в горячий Юпитер с радиусом орбиты 0,03 а.е.
Ограничением этой модели является то, что приливные силы быстро ослабевают на больших орбитальных расстояниях (обратно пропорционально кубу расстояния), что требует, чтобы планета вращалась ближе к главной звезде в течение более длительного периода времени, чтобы испытать достаточное торможение. Например, если другая планета-гигант имеет более далекую орбиту, чем небесное тело, которое эволюционирует в горячий Юпитер, ее гравитация изменит перицентрическое расстояние внутренней планеты, и если потенциально развивающееся тело имеет стабильную орбиту со слишком -дальний периапсис, приливная сила будет практически неэффективна. Кроме того, горячие юпитеры были обнаружены на несколько более удаленных орбитах – с большой полуосью не менее 0,1 а.е. – но для объяснения этого необходима другая модель.
Путаница с многопланетными системами
[ редактировать ]Некоторые из обнаруженных «эксцентричных планет» на самом деле могут представлять собой несколько планет с почти круговыми орбитами. [7] [8] Сообщалось о большинстве эксцентричных планет на основе измерений лучевой скорости с использованием доплеровской спектроскопии, с помощью которой эксцентриситет можно измерить напрямую. В случае, когда планета находится на круговой орбите, характер колебаний лучевой скорости представляет собой простую синусоидальную кривую , а в случае эллиптической орбиты она отклоняется от синусоидальной и признается эксцентричной планетой. Однако такая искаженная форма волны также может возникнуть из-за синтеза колебаний лучевой скорости ( интерференции волн ), вызванных множеством планет. Их невозможно различить, если выборка лучевых скоростей недостаточна (количество раз мало, можно охватить только часть орбитального периода и т. д.). В этой ситуации простейшей моделью, которая может воспроизвести наблюдения, предпочтительнее быть одна эксцентричная планета, а не многопланетная система.
Из-за этих обстоятельств бывают случаи, когда наблюдения, первоначально приписываемые эксцентричной планете, вместо этого были связаны с многопланетной системой с планетами на орбитах с низким эксцентриситетом из-за накопления наблюдений и усовершенствований аналитических методов. Например, исследование, в ходе которого в 2013 году было повторно изучено 82 планетарные системы, которые, как предполагалось, имели одну эксцентричную планету, показало, что многопланетные модели были более точными, чем модели одной планеты; Сообщалось о девяти многопланетных системах. [9]
Ситуация, когда несколько планетных систем и эксцентрические планеты путаются, вероятно, возникнет в тех случаях, когда искажение формы сигнала относительно невелико, например, когда эксцентриситет составляет 0,5 или меньше при интерпретации как одной планеты. С другой стороны, считается, что планету с эксцентриситетом орбиты 0,5 и более вряд ли можно принять за многопланетную систему .
Список
[ редактировать ]Это список эксцентричных Юпитеров: [2]
| Планета | а ( AU ) | и | М Дж | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 54 Рыба б | 0.29 | 0.61 | 0.22 | Может допускать существование планет на расстоянии 0,6 а.е. или выше. |
| HD 37605 б | 0.26 | 0.73 | 2.84 | Может допускать существование планет размером 0,8 а.е. или выше. |
| HD 45350 б | 1.92 | 0.77 | 1.79 | Ограниченные стабильные орбиты до самых внутренних 0,2 а.е. |
| HD 80606 б | 0.45 | 0.93 | 4.0 | Имитированные частицы остались только за пределами 1,75 а.е. |
| HD 20782 б | 1.381 | 0.97 | 2.620 | |
| HD 89744 б | 0.93 | 0.67 | 8.58 | В обитаемой зоне нет планет земной группы |
| 16 лебедей Bb | 1.68 | 0.68 | 1.68 | В обитаемой зоне нет планет земной группы |
См. также
[ редактировать ]- HR 5183 b – Эксцентричный Юпитер.
- HD 80606 b — Эксцентричный горячий Юпитер в созвездии Большой Медведицы.
- HD 20782 b — Внесолнечная планета в созвездии Печи.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Раймонд, Шон Н.; Куинн, Томас; Лунин, Джонатан И. (март 2004 г.). «Создание других земель: динамическое моделирование формирования планет земной группы и доставки воды». Икар . 168 (1): 1–17. arXiv : astro-ph/0308159 . Бибкод : 2004Icar..168....1R . дои : 10.1016/j.icarus.2003.11.019 . S2CID 9990348 . Примечание: в этом исследовании эксцентричные Юпитеры рассматриваются как планеты-гиганты с эксцентриситетом орбиты 0,1 или больше.
- ^ Перейти обратно: а б Виттенмайер; Эндл, Майкл; Кокран, Уильям Д.; Левисон, Гарольд Ф. (2007). «Динамические и наблюдательные ограничения на дополнительных планетах в сильно эксцентричных планетных системах» . Астрономический журнал . 134 (3): 1276–1284. arXiv : 0706.1962 . Бибкод : 2007AJ....134.1276W . дои : 10.1086/520880 . S2CID 14345035 . Архивировано из оригинала 12 марта 2020 г. Проверено 4 декабря 2009 г.
- ^ Кэтрин; Фишер ; Марси ; и др. (2009). «Старые, богатые и эксцентричные: две планеты-гиганты, вращающиеся вокруг эволюционировавших звезд, богатых металлами». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 121 (880): 613–620. arXiv : 0904.2786 . Бибкод : 2009PASP..121..613P . дои : 10.1086/599862 . S2CID 12042779 .
- ^ Гольдрейх, Питер; Сари, Реем (10 марта 2003 г.). «Эволюция эксцентриситета планет в газовых дисках». Астрофизический журнал . 585 (2): 1024–1037. arXiv : astro-ph/0202462 . Бибкод : 2003ApJ...585.1024G . дои : 10.1086/346202 . ISSN 0004-637X . S2CID 21141134 .
- ^ Сари, Реем; Гольдрайх, Питер (1 мая 2004 г.). «Симбиоз Планета – Диск». Астрофизический журнал . 606 (1): L77–L80. arXiv : astro-ph/0307107 . Бибкод : 2004ApJ...606L..77S . дои : 10.1086/421080 . ISSN 0004-637X . S2CID 13388108 .
- ^ Холман, Мэтью; Тома, Джихад; Тремейн, Скотт (март 1997 г.). «Хаотические изменения эксцентриситета планеты, вращающейся вокруг 16 Лебедя B» . Природа . 386 (6622): 254–256. Бибкод : 1997Natur.386..254H . дои : 10.1038/386254a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4312547 .
- ^ Виттенмайер, Роберт А; Кларк, Джейк Т; Чжао, Цзинлинь; Хорнер, Джонатан; Ван, Сунгу; Джонс, Дэниел (21 апреля 2019 г.). «Поистине эксцентрично - I. Возвращение к восьми одноэксцентричным планетным системам» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 484 (4): 5859–5867. arXiv : 1901.08471 . дои : 10.1093/mnras/stz290 . ISSN 0035-8711 .
- ^ Англада-Эскуде, Гиллем; Лопес-Моралес, «Мерседес»; Чемберс, Джон Э. (декабрь 2009 г.). «Как эксцентричные орбитальные решения могут скрыть планетарные системы на резонансных орбитах 2: 1» . Астрофизический журнал . 709 (1): 168–178. arXiv : 0809.1275 . дои : 10.1088/0004-637X/709/1/168 . ISSN 0004-637X . S2CID 2756148 .
- ^ Виттенмайер, Роберт А.; Ван, Сунгу; Хорнер, Джонатан; Тинни, CG; Батлер, Р.П.; Джонс, HRA; О'Тул, SJ; Бейли, Дж.; Картер, Б.Д.; Солтер, Г.С.; Райт, Д. (август 2013 г.). «Навсегда один? Тестирование одной эксцентричной планетарной системы для нескольких спутников» . Серия дополнений к астрофизическому журналу . 208 (1): 2. arXiv : 1307.0894 . Бибкод : 2013ApJS..208....2W . дои : 10.1088/0067-0049/208/1/2 . ISSN 0067-0049 . S2CID 14109907 .
