Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Еще через 10 лет новые наблюдения за γ Цефея показали, что в действительности двойная орбита в два раза длиннее, чем считалось, а бóльшая из двух звезд еще не превратилась в своевольного гиганта. Все сомнения развеялись, и в 2003 г. было объявлено об обнаружении газового гиганта с массой, равной 3–16 массам Юпитера (в зависимости от неизвестного угла наклона орбиты), обращающейся вокруг звезды большего размера по орбите с периодом 2,48 года на расстоянии немногим более 2 а.е. Если бы о находке заявили в 1988 г., она бы стала первой открытой внесолнечной планетой. Тем не менее ее открытие положило начало использованию метода, позволившего впоследствии обнаружить тысячи других миров.

Если бы γ Цефея была одиночной звездой, скорее всего, к признакам, указывающим на вращающуюся вокруг нее планету, отнеслись более серьезно. Но действительно ли наличие звезды-компаньона является негативным фактором для формирования планет?

В созвездии Телец существует несколько сотен новорожденных звезд, окруженных газовыми облаками так называемого комплекса Тельца–Возничего. Чтобы рядом с любой из этих звезд возрастом всего 1–2 млн лет образовались планеты, она должна быть окружена пылевым протопланетным диском. Анализ данных по 23 молодым звездам, обращающимся вокруг по крайней мере одного звездного компаньона, показал, что приблизительно у трети из них имеется диск. Это значит, что вокруг них диски формируются в два раза реже, чем вокруг одиночных звезд. Оказалось, что наличие звезды-компаньона отрицательно сказывается на процессе планетообразования еще до начала формирования планет.

Степень влияния зависит от расстояния между звездами. Если оно меньше 30 а.е., протопланетные диски практически отсутствуют, за исключением немногочисленных случаев, когда диски окружают обе звезды. И наоборот, при расстоянии более 300 а.е. влияние звезды-компаньона на частоту формирования диска, судя по всему, сходит на нет. В промежутке между этими двумя расстояниями диски встречаются реже, чем при наблюдении за одиночными звездами, что свидетельствует об их рассеивании под влиянием звезды-компаньона.

Но если звезда-компаньон препятствует образованию протопланетного диска, то уж на процессе формирования и роста планет ее влияние должно сказываться еще сильнее. В ходе изучения звезд с помощью телескопа «Кеплер» было установлено, что для исключения негативного влияния компаньонов на формирование планет расстояние между звездами должно составлять не менее 1500 а.е. Это не значит, что при меньшем расстоянии мы не обнаружим планет — они, конечно, встречаются, но намного реже, чем вокруг одиночных звезд.

Каким образом звезда-компаньон препятствует возникновению планеты? Протопланетный диск, формирующийся вокруг молодой звезды в двойной системе, подвергается действию силы притяжения звезды-компаньона. В результате диск деформируется, вытягиваясь в сторону второй звезды в виде выступа. Так как скорость вращения диска выше скорости движения по двойной орбите, выступ обгоняет звезду-компаньона. Гравитация компаньона тянет его назад, создавая сопротивление, под действием которого диск замедляется. Как и при планетной миграции, из-за падения скорости газ и пыль устремляются к центру, и диск сжимается. В результате происходит приливное усечение диска звездой-компаньоном. Аналогичный эффект торможения имеет место на Земле из-за вызванных Луной приливных выступов. В результате вращение Земли слегка замедляется. Чтобы учесть это замедление, время от времени в наш календарь приходится добавлять дополнительную секунду .

Из-за усечения протопланетного диска времени на формирование планет остается все меньше и меньше. Чем компактнее диск, тем ближе он к испепеляющему жару звезды и тем быстрее происходит его аккреция. Этим объясняется то обстоятельство, что протопланетные диски вокруг двойных звезд видны в течение более короткого времени, чем диски вокруг одиночных звезд. Близость второй звезды также приводит к повышению температуры диска, затрудняя конденсацию пыли и тем самым уменьшая количество материала для строительства планет.

В тех протопланетных дисках, которым все-таки удается выжить, звезда-компаньон может оказывать губительное воздействие на планетезимали. При обращении звезд в двойной системе по взаимным орбитам вторая звезда может притягивать формирующиеся планетезимали, заставляя их переходить на эллиптические траектории и, подобно гироскопу, совершать прецессионное движение вокруг своей звезды. Из-за изогнутых траекторий скорость столкновений существенно вырастает, что приводит не столько к слипанию, сколько к фрагментации частиц. Таким образом, темпы роста планетезималей и формирования зародышей планет снижаются.