Как эволюция звездных скоплений определяет судьбу экзопланет?

Большинство известных нам экзопланет вращается вокруг так называемых звезд поля, а не внутри звездных скоплений. Это создает определенную научную загадку: является ли дефицит планет в скоплениях результатом гравитационных возмущений, которые разрушают системы, или это просто ограничения наших методов наблюдения? Ответ на этот вопрос дала команда ученых, чье исследование появилось 8 мая на сервере препринтов arXiv. Это означает, что результаты пока не прошли рецензирование независимыми учеными.

В скоплениях с высокой плотностью звезд обнаружить планету крайне трудно из-за эффекта скученности, когда свет от соседних объектов мешает изолировать отдельную звезду. Однако звезды почти не рождаются поодиночке, а значит, каждая система в начале своего пути проводит определенное время в плотной среде.

Группа исследователей, среди которых Джереми Дж. Вебб из Департамента науки, технологий и общества Йоркского университета, провела детальное моделирование, чтобы выяснить, как планеты выживают во время "растворения" скоплений в отдельные звездные потоки.

Результаты симуляций, опубликованные в отдельном файле, показали четкую связь между расположением звезды в потоке и состоянием ее планет.

Наши симуляции демонстрируют, что звезды с ранним временем побега из скопления, как правило, сохраняют все свои планеты, поскольку они проводят большую часть времени, вращаясь в малонаселенных окрестностях скопления,
– прокомментировали авторы исследования.

Такие звезды сегодня оказываются на краях звездного потока. Напротив, светила, находящиеся в центре потока, – это те, что покинули скопление последними. Они длительное время находились в густом ядре, где гравитационные воздействия соседей могли выбросить планеты из системы или изменить их орбиты на сильно вытянутые или наклоненные, что влияет на возможность поддержания жизни на поверхности.

Как проанализировал 24 Канал, исследование показало, что выживание планет зависит и от их удаленности от материнской звезды:

  • Внутренние планеты на расстоянии 10 – 20 астрономических единиц обычно остаются на своих местах даже в плотных средах, хотя в 10 процентах случаев их орбиты все же претерпевают изменения.
  • А вот внешние миры, расположенные на расстоянии около 2000 астрономических единиц, имеют лишь 20 процентов шансов остаться связанными со своей звездой, если она длительное время находилась в центре скопления.
  • Интересно, что для планет на расстоянии до 40 астрономических единиц вероятность выживания составляет более 80 процентов независимо от места звезды в потоке.

Почему это важно для нас и что это говорит о нашей собственной системе?

Полученные данные позволяют по-новому взглянуть и на историю нашей Солнечной системы. Чтобы сохранить почти круговые и копланарные орбиты планет, Солнце, вероятно, имело большое начальное орбитальное расстояние в своем родном скоплении или покинуло его вскоре после формирования.

Хотя моделирование допускает исключения, когда системы в центре скоплений чудом избегают катастрофических столкновений, общая тенденция указывает на то, что наиболее "нетронутые" планетные системы стоит искать именно на краях звездных потоков.

Эта работа подтверждает, что звездные потоки являются окном в прошлое, которое позволяет понять динамическую историю планетных систем во Вселенной. Астрономам, которые используют такие инструменты, как телескоп как телескоп TESS, стоит сосредоточиться на звездах на периферии потоков, где риск загрязнения светом от других объектов минимален, а шансы найти целостную планетную систему – самые высокие.

Картину дополняют предыдущие исследования: Солнце могло быть не одиноким, но куда делся его компаньон

Идея о том, что Солнце когда-то имело звезду-компаньона, существует в астрономии уже несколько десятилетий. Самая известная версия этой гипотезы получила название "Немезида" или Nemesis. Она предполагает, что у Солнца мог быть звездный спутник, который вращался вокруг него миллионы лет назад. В разные периоды эта теория то становилась популярной, то почти полностью отвергалась, но последние исследования снова вернули интерес к ней, пишет ScienceAlert.

Первые серьезные научные разговоры о "Немезиде" начались в 1980-х годах. Тогда некоторые ученые обратили внимание на якобы цикличность массовых вымираний на Земле. Они предположили, что примерно каждые 26 миллионов лет во внутреннюю часть Солнечной системы попадает большое количество комет из облака Оорта – гигантской области ледяных тел далеко за пределами орбиты Плутона. Причиной этого могло быть гравитационное воздействие неизвестной звезды-компаньона Солнца. Именно ее и назвали "Немезидой", отмечает Science News.

По этой гипотезе, "Немезида" могла быть красным или коричневым карликом – очень тусклой звездой, которую сложно заметить даже современными телескопами. Предполагалось, что во время прохождения через внешние области Солнечной системы она дестабилизировала орбиты комет, поэтому часть этих тел врезалась в Землю. Именно так пытались объяснить падение астероида, который мог вызвать вымирание динозавров примерно 66 миллионов лет назад, пишет Space.

Однако со временем эта конкретная версия начала терять поддержку. Астрономы провели масштабные инфракрасные обзоры неба с помощью телескопов 2MASS и WISE. Если бы рядом с Солнцем существовала скрытая карликовая звезда, эти инструменты должны были бы ее найти. Но ни одного убедительного кандидата не обнаружили. NASA даже прямо заявляло, что доказательств существования звезды-компаньона Солнца нет.

Возрождение теории

Несмотря на это, в 2017 году появилось новое исследование, которое частично "реабилитировало" саму идею двойного Солнца. Астрономы Сара Садавой і Стивен Сталер проанализировали молодые звезды в молекулярном облаке Персея – регионе активного звездообразования примерно в 600 световых годах от Земли. Они пришли к выводу, что почти все звезды, похожи на Солнце, рождаются парами, говорится в статье на сайте Центра астрофизики при Гарвард-Смитсоновском институте.

Исследователи использовали статистические модели и наблюдения радиотелескопов. Результаты показали, что молодые звезды значительно чаще образуются в двойных системах, чем поодиночке. Это означает, что Солнце тоже могло появиться вместе с компаньоном примерно 4,6 миллиарда лет назад. Но впоследствии эта пара могла распасться из-за гравитационного влияния других звезд в звездном скоплении, где родилось Солнце.

То есть современная версия гипотезы уже не обязательно утверждает, что "Немезида" до сих пор где-то рядом и периодически атакует Землю кометами. Вместо этого речь идет о том, что в ранней молодости Солнце могло быть частью двойной системы, но его компаньон давно отдалился и затерялся среди миллиардов звезд Млечного Пути.

Эта идея хорошо согласуется с общей картиной Вселенной. Астрономы давно знают, что двойные и кратные звездные системы очень распространены. По разным оценкам, более половины всех звезд в галактике имеют компаньонов. Например, ближайшая к нам звездная система Альфа Центавра состоит сразу из трех звезд. Поэтому именно Солнце, которое кажется одиночкой, может быть скорее исключением, чем правилом.

Доказательств нет

В то же время важно понимать, что прямых доказательств существования бывшего "близнеца" Солнца до сих пор нет. Это не установленный факт, а научная гипотеза, которая базируется на статистике формирования звезд и компьютерных моделях. Астрономы не знают, какой именно была эта звезда, какой массы она была и где сейчас может находиться. Также нет подтверждений, что она вообще влияла на Землю или массовые вымирания, пишет OUP Academic.