Какова в настоящее время принятая теория о судьбе горячих Юпитеров?

Хорошо известно, что одной из главных особенностей многих горячих юпитеров является их близкая близость к их родительской звезде, обычно эквивалентная тому, что она находится на орбите Меркурия. Итак, эти планеты являются газовыми гигантами и очень горячие (отсюда и их категория).

Однако несколько открытий привели к сомнению относительно того, какова судьба этих планет.

Пример 1: HD 209458b ака "Осирис"

Согласно странице НАСА «Умирающая планета пропускает углерод-кислород» , Осирис делает больше, чем просто «испаряется», он пропускает углерод, кислород вместе с водородом в оболочке позади планеты, которая была обнаружена с Земли. Значение углерода и кислорода указано в статье:

Хотя углерод и кислород были обнаружены на Юпитере и Сатурне, он всегда находится в комбинированной форме в виде метана и воды глубоко в атмосфере. В HD 209458b химические вещества разбиты на основные элементы. Но на Юпитере или Сатурне, даже как элементы, они все равно остаются невидимыми в атмосфере. Тот факт, что они видны в верхних слоях атмосферы HD 209458b, подтверждает, что атмосферный «выброс» происходит.

В статье говорится, что Осирис, вероятно, станет гипотетическим классом экзопланеты, известным как чтониан , который определяется в «Скорости испарения горячих Юпитеров и формирования чтонианских планет» (Hebard et al. 2003) как

новый класс планет из остаточного центрального ядра бывших горячих Юпитеров

Они будут похожи по размеру на Землю, но значительно плотнее.

пример 2: CoRoT-7b

Согласно статье НАСА «Самая похожая на Землю экзопланета, созданная как газовый гигант» , CoRoT-7b - это планета размером с Землю, где обычно находится горячий Юпитер, они описывают его как

почти в 60 раз ближе к своей звезде, чем Земля, поэтому звезда кажется почти в 360 раз больше, чем солнце на нашем небе », - сказал Джексон. В результате поверхность планеты испытывает экстремальный нагрев, который может достигать 3600 градусов по Фаренгейту при дневном свете. Размер CoRoT-7b (на 70 процентов больше Земли) и масса (в 4,8 раза больше Земли) указывают на то, что мир, вероятно, состоит из каменистых материалов.

Высокая дневная температура означает, что сторона планеты, обращенная к звёздам, вероятно, будет расплавлена, любая разрушенная атмосфера также разрушена. Ученые подсчитали, что многие массы Земли могли испариться. Также кажется, что уменьшение массы приводит к тому, что планета приближается к звезде - потому что больше материала испаряется, а следовательно, и масса уменьшается.

Подводя итог ученых в статье:

Можно сказать, что так или иначе, эта планета исчезает на наших глазах "

Вопрос

Поскольку это всего лишь 2 примера возможного процесса, возникает вопрос: какова текущая принятая теория относительно судьбы горячих экзопланет Юпитера?

Может ли это быть причиной того, что горячий Юпитер не существует в нашей солнечной системе?

Это довольно загруженный вопрос, поскольку он в значительной степени зависит от того, каким на самом деле определяется «горячий Юпитер». Что такое "горячий"? Что такое "Юпитер"? На самом деле существует континуум планетарных масс и расстояний от их родительской звезды, и в литературе вы обычно найдете ссылки на «горячие Нептуны», «горячие Сатурны» и т. Д.

Преобладающая теория о том, как образуются гигантские планеты, состоит в том, что они сначала объединяются из камня и льда за пределами ледяной линии , расстояния от родительской звезды, на которой вода становится твердой. Это расстояние примерно там, где сегодня находится Марс в нашей солнечной системе. Что удивительно в «планетах горячего газа», так это то, что они находятся внутри этой ледяной линии, значительно внутри. Это подразумевает, что после того, как они сформировали свои ядра, они мигрировали ближе к своим звездам-хозяевам через некоторый неопределенный в настоящее время процесс (для которого есть несколько хороших кандидатов, но сейчас давайте предположим, что существование горячих планет показывает, что по крайней мере один из этих процессов работает довольно регулярно).

А как насчет слова "горячий"? Что ж, для планет, которые находятся ближе всего к их родительским звездам, существует аномалия радиуса : радиусы этих планет значительно больше, чем предсказывают модели структуры гигантских планет, облучаемых их звездами-хозяевами. Поэтому я бы определил «горячие» планеты как газовые гиганты, радиусы которых больше, чем предсказывали бы стандартные модели.

Теперь, когда мы получили некоторые определения, встал вопрос выживания. Когда планеты-гиганты находятся близко к своим родительским звездам, они становятся замкнутыми . Как следствие, на поверхности планеты-гиганта очень мало энергии приливно отводится, форма планеты фиксирована, а внутренние движения незначительны. Тем не менее, гигантская планета также вызывает волну на своей звезде-хозяине, и, поскольку требуется много углового момента, чтобы изменить вращение объекта, масса которого в 1000 раз больше, звезды-хозяева почти никогда не будут привязаны к приливу. их ближайшая планета.

Скорость, с которой энергия рассеивается в звезде, очень неопределенная, и эта неопределенность обычно отражается в параметре «Q», добротности, с более низкими качественными факторами, отражающими большую рассеиваемость. «Q» измеряется для определенных тел в нашей собственной солнечной системе (например, на Земле и на Юпитере) и в некоторых звездных двойных системах, но сильно варьируется от тела к телу, варьируя от 10 для Земли до 10 ^ 8 для некоторых звезд.

Будет ли планета выживать, чтобы ее можно было наблюдать сегодня, зависит от того, сколько времени время распада орбиты, которое определяется Q, сравнивается с возрастом системы. Для некоторых систем, таких как WASP-12b и WASP-19b , которые имеют сильно раздутые горячие Юпитеры, Q, по оценкам, достаточно мал, чтобы заставить их упасть в свои звезды-хозяева в удивительно короткое время (<10-7 лет).

Еще одна возможность состоит в том, что газ, окружающий горную породу / ледяной покров, выдувается огромным количеством тепла, выделяющегося на планету. Это оставляет вас с относительно низкой плотностью планеты, которая в некоторой степени лишена железа, так как ядра планет-гигантов образуются дальше от своих принимающих звезд, чем от скалистых планет. Существует несколько возможных близких объектов с массой Нептуна, которые могли быть получены в результате того, что они таким образом теряли основную часть своей атмосферы (Пример: GJ3470b ).

Что касается нашей собственной солнечной системы, то образование горячего Юпитера, вероятно, разрушило бы внутреннюю солнечную систему, поскольку она мигрировала близко к Солнцу, из-за того, что она сильно нарушит орбиты внутренних планет. Кроме того, Солнце, вероятно, будет улучшено в металлах из-за накопления богатого металлами материала с этой гигантской планеты. Хотя потенциально возможно, что в нашей солнечной системе был горячий Юпитер до образования других планет, в настоящее время это кажется маловероятным.