Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

В результате действия второго закона Кеплера лето на HD 80606 b длится один день, в течение которого выгорает все, что только есть на поверхности этой планеты.

Бóльшую часть своего 111-дневного года она проводит приблизительно на том же расстоянии, что и Земля по отношению к Солнцу. Затем ныряет к центру, огибая свою звезду всего лишь за 30 часов. При наблюдении за этим быстрым и яростным летом в космический телескоп «Спитцер» был зафиксирован скачок температуры с 500 °C до 1200 °C в течение каких-то шести часов. Даже если бы существовал солнцезащитный крем для температуры 1000 °C, лето на HD 80606 b точно не подходит для загара. Стремительно нагревающаяся атмосфера планеты расширяется, оказываясь во власти мощнейших бурь с умопомрачительной скоростью ветра до 18 000 км/ч. По словам астронома Грегори Лафлина, проводившего наблюдение за планетой с помощью «Спитцера», это «одна из самых яростных бурь в Галактике». Если бы вы решили укрыться под пляжным зонтиком на верхней границе облаков этого газового мира, вы бы увидели, как звезда в небе раздувается до размера 30 видимых нами с Земли солнечных дисков и становится в 1000 раз ярче.

Но если HD 80606 b не могла сформироваться на своей чрезвычайно вытянутой орбите, мы снова оказываемся в роли детективов, исследующих место преступления в поисках следов злоумышленника. Проблема даже не в том, что соседние планеты находятся слишком далеко: в системе HD 80606 нет никаких других планет (во всяком случае, согласно имеющимся данным наблюдений). В отсутствие иных подозреваемых в центре внимания оказывается звезда, у которой, между прочим, есть сестра.

Звезды HD 80606 и HD 80607 образуют широкую двойную систему со средним расстоянием между компонентами, равным 1200 а.е., что соответствует 125 расстояниям от Сатурна до нашего Солнца. Это слишком большая дистанция, чтобы звезды могли оказывать существенное влияние на формирование планет в окрестностях друг друга. Однако под воздействием второй звезды орбита планеты HD 80606 b вполне могла вытянуться за счет механизма Козаи — Лидова. В главе 5 мы рассматривали его в качестве возможного фактора формирования горячих юпитеров. Попеременно растягивая и наклоняя орбиту планеты, звездная «тетка» могла заставить ее переместиться к центру системы.

Если это действительно случилось с HD 80606 b, газовый гигант мог сформироваться на приличном расстоянии, сопоставимом с расстоянием от Солнца до Юпитера, на обычной круговой орбите. В течение следующих 10 млн лет под влиянием притяжения второй звезды орбита такой планеты должна была периодически колебаться, переходя с сильно вытянутой траектории на траекторию с большим наклонением. Когда орбита, наконец, приобрела эллиптическую форму, планета стала обращаться ближе к своей звезде, что привело к приливному разогреву из-за более интенсивного взаимодействия со светилом и переходу на все более близкие орбиты. В результате планета стала двигаться по эллиптической траектории, не выходящей за пределы расстояния от Солнца до Земли. В конечном итоге приливное притяжение должно взять верх над влиянием второй звезды, а планета HD 80606 b должна вернуться на круговую орбиту, став горячим юпитером.

Вмешательством второй звезды системы можно было бы объяснить большие эксцентриситеты некоторых из найденных экзопланет. В феврале 2016 г. рекорд HD 80606 b был побит экзопланетой с поразительным эксцентриситетом 0,96. HD 20782 b обращается вокруг своей звезды на расстоянии 117 световых лет в созвездии Печь. Двигаясь по сплющенной эллиптической траектории, этот мир перемещается в диапазоне от 0,06 а.е. до 2,5 а.е. Ее звезда, как и звезда планеты HD 80606b, имеет звезду-компаньона, воздействие которой могло заставить вытянуться орбиту планеты. И все-таки встречаются в мире планет и другие преступления, требующие иного объяснения.

В конце 1990-х гг. было обнаружено множество солнцеподобных звезд с одной планетой и ни одной — с несколькими. Первым исключением стала звезда Ипсилон Андромеды A.

Как и наше Солнце, Ипсилон Андромеды A окружена четырьмя газовыми гигантами[25]. В отличие от планет Солнечной системы, все они располагаются в пределах, сравнимых с орбитой Юпитера. Их массы составляют не менее 0,7, 2, 4 и 10 масс Юпитера. Самая маленькая и близкая из четверки по крайней мере вдвое массивнее Сатурна, имеет период обращения 4–5 суток и находится на расстоянии 0,06 а.е.

Открытие планетной системы с четырьмя огромными планетами, располагающимися в пределах орбиты первого газового гиганта в Солнечной системе, стало выдающимся событием. Кроме того, оно вошло в историю как открытие первой многопланетной системы вокруг обычной (не мертвой) звезды. Но что по-настоящему удивило исследователей в системе вокруг Ипсилон Андромеды A, так это совершенно не укладывающиеся в привычные представления орбиты планет.

Вторая и третья планеты, если считать от звезды (Ипсилон Андромеды A c и d), движутся по эллиптическим орбитам с большими величинами эксцентриситета, составляющими 0,26 и 0,3 соответственно. По сравнению с эксцентриситетами HD 80606 b и HD 20782 b эти цифры кажутся ничем не примечательными. Но стоит обратить внимание на наклонение орбит, как понимаешь, насколько они неординарны. Не совпадают не только плоскости обращения планет и плоскость вращения звезды, но даже и плоскости обращения самих планет: взаимное наклонение двух орбит составляет 30 градусов. Для сравнения: угол между орбитальными плоскостями планет в Солнечной системе обычно не превышает 2 градусов. Даже орбита Меркурия при величине эксцентриситета 0,21 имеет весьма умеренное наклонение 7 градусов. Разница в 30 градусов означает, что массивные планеты обращаются вокруг своей звезды в совершенно разных направлениях, что характерно не столько для планет, сколько для крупных комет.

Каково происхождение столь больших значений эксцентриситета и колоссального разброса наклонений? Сначала подозрение в очередной раз пало на механизм Козаи — Лидова. Как следует из ее названия, Ипсилон Андромеды A — компонент двойной звезды. Ее компаньон Ипсилон Андромеды B представляет собой красный карлик намного меньшего размера. Пара движется на относительно большом расстоянии друг от друга, однако точно вычислить дистанцию между ними не удается из-за яркого блеска Ипсилон Андромеды A, который не дает проследить движение по небу менее яркой второй звезды. Расстояние между звездами может составлять от 700 а.е. до 30 000 а.е. Однако ни при одном значении из этого диапазона влияние небольшой Ипсилон Андромеды B не будет достаточно сильным, чтобы вызвать такой хаос в орбитах планет вокруг ее компаньона. В данном случае вторая звезда оказалась ни при чем.