Podwójny taniec gorących jowiszów: Jak układy dwóch gwiazd rodzą planetarne osobliwości
Naukowcy z Yale wykazali, że wieloletnia ewolucja układów podwójnych gwiazd z dwiema planetami wokół każdej z nich może prowadzić do powstania niezwykle rzadkich obiektów – podwójnych gorących jowiszów.
 |
| Wizja artystyczna gorącego jowisza wokół gwiazdy podwójnej. Źródło: Ilustracja Michaela S. Helfenbeina z obrazem wygenerowanym przez sztuczną inteligencję |
Astronomowie z Yale być może odkryli historię powstania jednego z najbardziej olśniewających zjawisk we Wszechświecie – podwójnego gorącego jowisza – a także plan znalezienia ich większej liczby.
Gorące jowisze to duże, niezwykle gorące planety, mniej więcej wielkości Jowisza lub Saturna. Krążą tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, że jej okrążenie zajmuje mniej niż jeden dzień.
Odkrycie w 1995 roku pierwszego gorącego jowisza (znanego jako 51 Pegasi b) przyniosło dwóm szwajcarskim astronomom Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2019 roku i doprowadziło do fali odkryć egzoplanet, która trwa do dziś.
Gorące jowisze to rzadka klasa planet, które krążą wokół zaledwie 1% gwiazd. Jeszcze rzadsze są podwójne gorące jowisze. Występują one w układach podwójnych – układ słoneczny z dwiema gwiazdami krążącymi wokół siebie – gdzie wokół każdej z nich tworzy się pojedynczy gorący jowisz.
W najnowszej pracy opublikowanej w The Astrophysical Journal astronom z Yale, Malena Rice, wraz z zespołem wykazała, że typowa, długotrwała ewolucja układów podwójnych gwiazd może naturalnie prowadzić do powstania gorącego jowisza wokół każdej z nich.
Jest to proces znany jako migracja von Zeipela-Lidova-Kozai (ZLK). Mechanizm ten polega na tym, że w długim czasie grawitacyjne oddziaływania odległego obiektu wtórnego mogą powodować zmiany orbity lub kąta nachylenia planety. Według Rice, właśnie dzięki temu mechanizmowi mogą powstawać gorące jowisze.
Mechanizm ZLK to swego rodzaju taniec – powiedziała Rice, adiunkt astronomii na Wydziale Sztuk Pięknych i Nauk Ścisłych Uniwersytetu Yale. W układzie podwójnym dodatkowa gwiazda może kształtować i deformować orbity planet, powodując ich migrację do wewnątrz układu.
Pokazujemy, w jaki sposób planety w układach podwójnych mogą przechodzić lustrzany proces migracji, tak że obie gwiazdy skończą z gorącym jowiszem.
Na potrzeby badań naukowcy przeprowadzili symulacje numeryczne, aby pokazać ewolucję dwóch gwiazd i dwóch planet w konfiguracji układu podwójnego, powiedziała Youru Liu, studentka ostatniego roku na Yale College i pierwsza autorka artykułu.
Dzięki odpowiedniemu kodowi i wystarczającej mocy obliczeniowej możemy zbadać, jak planety ewoluują przez miliardy lat – ruchy, których żaden człowiek nie byłby w stanie obserwować przez całe życie, ale które wciąż mogą pozostawić ślady, które możemy obserwować – powiedziała Liu.
Liu dodała, że w przypadku gorących jowiszów, samo ich istnienie podważa wcześniejsze koncepcje formowania się planet, czyniąc mechanizmy ich powstawania jeszcze bardziej interesującymi. Oczekiwalibyśmy, że gigantyczne planety uformują się z dala od swoich gwiazd macierzystych – powiedziała. To sprawia, że gorące jowisze są zarówno dostępne, jak i tajemnicze – i stanowią wartościowy przedmiot badań.
Zespół badawczy zaproponował również, gdzie szukać podwójnych gorących jowiszów: chodzi o dziesiątki już zidentyfikowanych gorących jowiszów, które znajdują się w układach gwiazdowych, w pobliżu których znajduje się druga gwiazda.
Zaproponowany przez nas mechanizm działa najlepiej, gdy gwiazdy znajdują się w umiarkowanej odległości - powiedział Tiger Lu, doktor astrofizyki na Yale i współautor artykułu. Muszą one znajdować się na tyle daleko od siebie, aby można było oczekiwać, że wokół każdej z nich uformują się olbrzymie planety, ale na tyle blisko siebie, aby obie gwiazdy mogły wpływać na siebie nawzajem podczas życia układu.
W ramach nowych badań naukowcy wykorzystali klaster obliczeniowy Grace w Yale Center for Research Computing, archiwum egzoplanet NASA oraz dane z misji Gaia.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
