Открытия новых экзопланет становятся обычной новостью. Еще 18 добавили к общему списку астрономы из Калтеха.

«Это – крупнейшее единовременное объявление о планетах, найденных около звезд, более массивных, чем Солнце, если не брать в расчет миссию телескопа Кеплер», – говорит Джон Джонсон, сотрудник Калтеха и первый автор публикации, сообщающей об открытии, в дополнениях к письмам в астрофизический журнал. Неудивительно, что Джонсон не планирует тягаться с Кеплером, на его счету более 1200 кандидатов в экзопланеты, хотя подавляющее большинство их еще не подтверждено (но около 80% должны оказаться экзопланетами).

Астрономы использовали телескопы обсерватории Кека на Гавайях, которые затем уточнялись при помощи инструментов обсерваторий МакДональда и Фейрборна в Техасе и Аризоне. С их помощью было исследовано 300 звезд. Ученые сконцентрировались на звездах класса А, которые более чем в полтора раза массивнее Солнца. Эти звезды только что завершили основную стадию своего развития и начали переход к стадии субгиганта.

Для поиска планет астрономы изучали движение звезд. Если им удавалось заметить дрожание звезды, то это могло бы объясняться гравитационным воздействием планеты, обращающейся вокруг нее. Чтобы заметить дрожание звезды, исследовался ее спектр. В случае наличия Допплеровского смещения линий можно заметить, что звезда движется то к наблюдателю, то от него. Таким образом удалось найти 18 планет с массами, близкими к массе Юпитера. Неудивительно, что таким методом можно найти только газовый гигант. Гравитация небольшой планеты слишком слаба для заметного перемещения звезды.

Хотя открытие выглядит незначительным по сравнению с успехами Кеплера, оно в полтора раза увеличивает число известных планет, обращающихся вокруг массивных звезд. Это может дать бесценную информацию о формировании планет. Это открытие, по ловам его авторов, также подтверждает теорию об образовании планет из частиц газопылевого облака около молодой звезды, которые скапливают рядом с собой другой материал.

Согласно этой теории, мельчайшие частицы начинают объединяться, и этот «снежный ком» со временем превращается в планету. Если эта теория верна, то свойства планетарной системы (число планет, размеры, орбиты) зависят от массы звезды. Если звезда большая, то она предоставляет больше материала и около нее образуются газовые гиганты, которые и были найдены астрономами.

Согласно другой теории планеты образуются, когда большие объемы газа и пыли случайным образом объединяются и затем эволюционируют в планету. В этом случае масса звезды не должна влиять на планетарную систему.

Астрономические наблюдения постепенно выводят на первый план первую теорию, показывая связь между массой звезды и числом газовых гигантов около нее. Новое открытие также добавляет очко этой теории.

«Очень здорово видеть, как различные наблюдения и рассуждения приводят к поддержке одного конкретного механизма формирования планет», – говорит Джонсон.

«Мы не только находим подобные Юпитеру планеты около массивных звезд чаще, – добавляет он. – мы также находим их на орбитах с большей полуосью». По его словам, если рассмотреть 18 планет, обращающихся около солнцеподобных звезд, то половина будет обращаться близко к звезде. Но в случае тех 18 планет, которые он открыл со своими коллегами около массивных звезд, большие полуоси имеют заметные величины, не менее 0.7 астрономических единиц.

В системах солнцеподобных звезд газовые гиганты вроде Юпитера со временем переходят на низкие орбиты. Согласно теориям планетообразования газовые гиганты могут формироваться только вдали от звезд, там, где температура достаточно низкая для существования газов и льдов, из которых они состоят. Поэтому если газовый гигант вращается близко к звезде, то за это ответственно гравитационное притяжение, вызвавшее эволюцию его орбиты. Останавливает приближение планеты к звезде какая-то другая сила, например, магнитное поле, и газовый гигант остается на нетипичной для него орбите.

Возникает вопрос, почему этого не случается с горячими Юпитерами, обращающимися вокруг массивных звезд. По идее, такие планеты вовсе не должны приближаться к звезде, обращаясь по орбите с большой полуосью, зависящей от их масс. Однако существует альтернативная точка зрения, согласно которой горячие Юпитеры постепенно приближаются к звезде, но тогда ничего не могло бы предотвратить их падение на звезду. По словам Джонсона, субгиганты класса А недостаточно сильно расширяются для того, чтобы поглотить горячий Юпитер. Поэтому скорее всего в таких системах орбиты планет вовсе не эволюционируют, если только звезды класса А не имеют каких-то неизвестных уникальных свойств, которые позволили бы им прекращать миграции планет (например, отсутствие магнитного поля на ранних этапах эволюции и его появление позже).

18 планет, открытых в Калтехе, имеют еще одно интересное свойство. Все их орбиты околокруговые, тогда как планеты, обращающиеся вокруг солнцеподобных звезд, зачастую имеют и высокоэллиптические орбиты. Джонсон признает, что пока не нашел объяснения этому наблюдению.

К своему открытию Джонсон шел долго. Наблюдения за звездами он начал еще студентом, поскольку найденные им планеты имеют высокие орбиты и оттого обращаются вокруг звезд долго, в течение нескольких лет. Так что для того, чтобы заметить движение звезды сначала в одном направлении, а затем в другом, их надо регулярно наблюдать несколько лет. «Это сродни садоводству. Вы сажаете зерна, вкладываете в них очень много работы, – говорит Джонсон. – И только через десять лет ваш становится большим и цветущим. Именно на этом этапе нахожусь я. Мой сад полон больших, ярких, сонных помидоров – этих горячих Юпитеров».