Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Как и Кеплер-16, NN Змеи — затменная двойная система, компоненты которой с точки зрения наблюдателя с Земли проходят друг перед другом. Зафиксировав незначительные отклонения в интервалах между затмениями, астрономы пришли к казавшемуся совершенно неправдоподобным выводу о том, что рядом со звездной парой есть что-то еще.

Небольшие отклонения в орбите NN Змеи вызваны двумя планетами-компаньонами. Это массивные газовые гиганты, один из которых в семь раз больше Юпитера, а второй — вдвое. Они обращаются вокруг тесной пары звезд на значительно большем расстоянии, составляющем 3,5 а.е. и 5,5 а.е., с периодом 7,7 и 15,5 лет соответственно. Сформировались ли эти планеты вместе с компонентами двойной системы или же они родились в момент сброса общей оболочки?

Первый вариант не выглядит правдоподобным, поскольку планете трудно пережить смерть звезды. Потеря внешних слоев красного гиганта не сравнится по разрушительным последствиям со взрывом сверхновой, но она все-таки привела к уменьшению массы звездной пары приблизительно на 75%. В случае с PSR B1620–26 b столь значительной потери массы удалось избежать благодаря аккреции вытолкнутой оболочки на пульсар. Менее массивные звезды NN Змеи лишились этого материала, значит, им было бы трудно удержать обращающиеся вокруг них планеты. Поэтому более вероятным кажется сценарий, согласно которому планеты в NN Змеи намного моложе своих звезд.

Если допустить, что вокруг компонентов двойной звезды образовался диск из сброшенной красным гигантом оболочки, это могло положить начало формированию второго поколения планет. Применительно к NN Змеи это бы означало, что две найденные там планеты очень молоды. Температура белого карлика в звездной паре чрезвычайно высока, достигая 57 000 °C, из чего следует, что с момента его образования прошло не так много времени и остыть он не успел. Исходя из температуры, возраст белого карлика (а вместе с ним и максимально возможный возраст планет) не превышает 1 млн лет. Столь короткий период формирования указывает на то, что газовые гиганты не являются результатом постепенного слипания планетезималей в соответствии с моделью аккреции на ядро. Скорее планеты родились в оболочке из сброшенных звездных слоев в результате развития в диске неустойчивости, так как в таком сценарии скорость формирования выше.

Система NN Змеи — средоточие крайностей: планеты, рожденные в сброшенных слоях звезд, заключенных в общее тело. По правде говоря, она настолько странная, что закончить рассказ о ней следует предостережением. За время, прошедшее с открытия NN Змеи, были найдены еще две тесные затменно-двойные звезды, в которых наблюдались аналогичные отклонения времени прохождения. Сначала исследователи решили, что, как и в случае с NN Змеи, вызывают их планеты. Но анализ орбит планет показал, что они не могли оставаться стабильными: миры на таких орбитах были бы обречены столкнуться со звездами либо быть выкинутыми из системы. Таким образом, колебания орбит компонентов двойных звезд были обусловлены другим, неведомым событием. Орбиты планет вокруг NN Змеи стабильны, но сравнение с похожими системами показывает, что возможность для других толкований до сих пор существует. Таким образом, тесные затменно-двойные звезды могут еще хранить секреты, не имеющие никакого отношения к планетам.

Для планет, формирующихся вокруг только одной звезды в двойной системе, вторая звезда может играть роль злой мачехи, которая так и норовит опрокинуть люльку с падчерицей. Но может ли каждый из компонентов двойной звезды иметь свою отдельную систему планет?

Существование таких планет-кузенов возможно, но, как и в других случаях, зависит от расстояния между звездами. Если они находятся далеко друг от друга, вокруг каждой из них, как и вокруг одиночных солнц, могут сформироваться планеты. При расстоянии между компонентами двойной звезды менее 20 а.е. бо́льшая часть окружающего газа концентрируется в окрестностях большей из звезд. Стоит им сблизиться еще больше, и образуются похожие на Татуин миры, обращающиеся вокруг обоих компонентов. Системы с планетами-кузенами пока считаются редким явлением. На начало 2016 г. было обнаружено только три или, предположительно, четыре[23] двойные звезды, в которых у обеих звезд есть свои планеты. Особенно интересна одна из них — двойная звезда WASP-94.

Звезды WASP-94A и WASP-94B находятся на расстоянии 600 световых лет от нас в созвездии Микроскоп. В ходе наблюдения за WASP-94A были зафиксированы периодические падения светимости, указывающие на прохождения перед звездой планеты. Вокруг этой звезды обращается горячий юпитер. Период обращения — менее 4 суток. Чтобы определить массу этого нового мира по характерным колебаниям лучевой скорости, за WASP-94A вели постоянные наблюдения. В ходе них было также установлено, что вокруг WASP-94B обращается горячий юпитер, который не проходит по диску звезды.

Расстояние между компонентами двойной звезды составляет 2700 а.е. Разделенные столь большим участком пространства, звезды не могли влиять на формирование планет вокруг своего компонента. Поэтому, хотя сам по себе факт существования двух горячих юпитеров, конечно, представлял определенный интерес, ничего примечательного в нем по большому счету не было. Если бы не необычные орбиты планет.

Если бы формирование звезд и планет проходило в первичном газовом облаке, вращение звезд вокруг своей оси и орбитальное движение двойной системы и планет должны были бы происходить в одной плоскости и в одном направлении. Вместо этого орбиты двух планет наклонены друг к другу под определенным углом, из-за чего мы и не можем наблюдать прохождения одного из кузенов. Более того, оказалось, что орбита проходящей планеты — ретроградная, а значит, она обращается вокруг WASP-94A в направлении, противоположном направлению вращения звезды.

Мы уже видели примеры такого рассогласования. В главе 5 мы рассматривали систему, в которой звезда-компонент могла заставить перевернуться планету, в результате чего появлялся горячий юпитер с наклонной или ретроградной орбитой. Возможно, даже если WASP-94A и B из-за слишком большого расстояния между ними не могли помешать формированию планет вокруг второго компонента системы, одной из них все-таки удалось заставить планету двигаться в противоположном направлении. Согласно другой гипотезе, кузены могли когда-то быть родными братьями, обращавшимися вокруг одной звезды. В результате активного взаимодействия двух планет одна из них могла быть вытолкнута на орбиту вокруг второй звезды. Наконец, в двойной системе могут быть другие планеты, которых мы не видим и которые заставили горячий юпитер вокруг WASP-94A сместиться на наклонную орбиту. Пока что история этого семейства покрыта тайной.

Как показывает пример системы альфы Центавра, в которой двойная звезда соседствует с далекой Проксимой Центавра, количество компонентов в звездных системах не всегда ограничивается двумя. Конечно, вряд ли отыщется несколько звезд, которые бы находились достаточно близко друг к другу, чтобы их мог окружать один циркумбинарный диск, но на орбитах вокруг одного компонента такой системы вполне могут обращаться планеты, небо которых освещается несколькими солнцами.