Некоторые звезды, подобные нашему Солнцу, относятся к категории «пожирателей планет земного типа». По мере своего развития они поглощают огромное количество скалистого материала, которым представлены планеты земного типа, такие как Земля, Венера и Марс.
Trey Mack, аспирант астрономии из Университета Вандербильта (Vanderbilt University), создал модель, которая оценивает, как такая «диета» сказывается на химическом составе звезды. Он использовал эту модель для анализа пары звезд, каждой из которых присущи свои собственные планеты. Результаты исследований были опубликованы 7 мая в журнале «Astrophysical Journal».
По словам профессора астрономии Keivan Stassun из Университета Вандербильта, который возглавлял исследование, Trey Mack показал, что возможно смоделировать химическую «подпись» звезды в деталях, то есть элемент за элементом, и определить, как эта «подпись» изменяется при поглощении звездой планет, подобных Земле. После получения спектра с высокой разрешающей способностью для определённой звезды, можно разложить «подпись» на химические элементы.
Эта возможность позволит учёным лучше понять процесс формирования планет, а также поможет в поиске змееподобных экзопланет, отмечают астрономы.
98% массы звезд, как правило, представлено водородом и гелием. На все другие химические элементы приходится менее 2%. Все элементы, которые тяжелее водорода и гелия, астрономы называют «металлами». К тому же ими введён термин «металличность», описывающий отношение элементов тяжелее гелия к водороду в химической структуре звезды.
С середины 90-х годов ХХ столетия, когда астрономы начали массово обнаруживать экзопланеты, проводилось несколько исследований, в рамках которых учёные попытались связать металличность звезд с процессами формирования планет. В ходе одного из таких исследований учёные Los Alamos National Laboratory пришли к выводу, что у звезд высокой металличности больше шансов сформировать планетарные системы, нежели у звёзд с низкой металличностью. Другое исследование показало, что планеты, размеры которых примерно такие же как у «горячих юпитеров», как правило, вращаются вокруг звезд, металличность которых низкая. Планеты меньшей массы, наоборот, окружают звезды с широким диапазон содержания металла.
Основываясь на работе Simon Schuler из University of Tampa, который расширил рассмотрение химического состава звезд, ограниченного свойствами металличности, Mack провел анализ 15 химических элементов, содержащихся в звезда, подобных Солнце. В большей степени его интересовали такие элементы, как алюминий, кремний, кальций и железо, точка плавления которых находится выше 1200 F (600 С). Эти элементы представлены «жаростойкими» материалами, которые служат строительными блоками для планет земного типа.
Mack, Schuler и Stassun решили применить эту технику к двум звездам: HD 20781 и HD 20782. Обе звезды, вероятней всего, сформировались из одного и того же облака пыли и газа, следовательно, в самом начале эволюции их химические составы были идентичными. Данная бинарная пара -является первой, у обеих звёзд которой были обнаружены свои собственные планеты.
Обе звезды бинарной пары — это карликовые звезды G-класса, подобные Солнцу. Вокруг одной из звезд вращаются две планеты, размером с Нептун, вокруг второй — одна планета, размером с Юпитер, причем следует она по весьма «эксцентричной» орбите. Различие этих планетарных систем делает две звезды просто идеальными для изучения связи между экзопланетами и химическим составом их родительских звезд.
Когда учёные проанализировали спектр этих двух звезд, они обнаружили, что концентрация «жаропрочных» элементов намного выше, нежели у Солнца. Также астрономы обнаружили, что чем выше температура плавления конкретного элемента, чем выше его концентрация. Эта тенденция подтверждает, что звезды поглощают скалистый материал планет земного типа. Исследователи подсчитали, что каждая из звезд дополнительно поглотила скалистого материала, массой в 10-20 раз больше массы Земли, дабы сформировать химическую «подпись». В частности, звезда с планетой, размером с Юпитер, поглотила скалистый материал, масса которого по меньшей мере в 10 раз превышает массу Земли, а звезда с двумя планетами — примерно в 20 раз.
Полученные результаты подтверждают предположение о том, то химический состав звезды и характер её планетарной системы связаны между собой.
Скалистые планеты формируются в области, расположенной довольно близко к звезде, а газовые гиганты — в отдалённых регионах, то есть где температура на порядок ниже. Как только процесс формирования газовых гигантов заканчивается, они начинают «мигрировать» вглубь системы, в результате чего их гравитация начинает влиять на внутренние скалистые планеты.
По словам Mack, если гравитация газового гиганта достаточно высока, он легко может «заставить» скалистую планету «погрузиться» в звезду. Если звезда поглощает много планет земного типа, то это существенно отражается на её химической «подписи», объясняет учёный.
Если следовать этой логической цепочке, то маловероятно, что какой-то звезде бинарной системы будут присущи планеты земного типа. Планеты, размером с Нептун, вращаются вокруг своей родительской звезды достаточно близко — в три раза ближе, чем расстояние от Земли до Солнца. Вокруг второй звезды вращается планета, размером с Юпитер — её орбита находится ближе к своей родительской звезды, если сравнивать с орбитой Меркурия по отношению к Солнцу.
Астрономы предполагают, что причина, по которой звезда с двумя планетами «поглотила» больше скалистого материала, нежели её «близнец», заключается в том, что эти две планеты были более активными при «перенаправлении» материала к их родительской звезде, чем планета, размером с Юпитер.
Если химическая «подпись» звезд G-класса, которые «поглощают» скалистые планеты, окажется универсальной, то находя звезды с аналогичными химическими «отпечатками», можно будет утверждать, что их планетарные системы отличаются от нашей, и они испытывают «дефицит» внутренних скалистых планет, отмечает Mack.
