Двойните звезди имат повече планети?

Литературната фантастика, както знаем, нищо не предсказва, само вдъхновява. Това е вярно, но и не минава без изключения…

Планетите в системите на двойни звезди са явление, описано за първи път от научната фантастика (Галифрей, Татуин и пр.) и доста сдържано възприемани от повечето учени.

И не само защото пророкували на планетите в такива системи много нестабилни орбити с неизбежно последващо изхвърляне в междузвездното пространство.

Самото формиране на такива тела се смятало за невъзможно – според изчисленията двойката светила трябва да ускорява планетезималите в своите протопланетни дискове до скорости, които не допускат образуването на планетите на орбити до няколко астрономически единици.

С други думи, дори ако планетите в тесни двойни системи са могли да се формират, те едва ли биха били обитаеми – на няколко астрономически единици животът е трудно за не замръзне от недостиг на звездно лъчение. Накрая астрономите смятали, че ако край двойните звезди има планети, то те се въртят само около едната звезда от двойката.

Бурната екзопланетна практика обаче бързо показала, че двойните системи повече приличат на предсказанията на фантастите, отколкото на хипотезите на мнозинството астрономи. Като се започне от 90-те години, са открити около дузина сигурни планети кандидати, въртящи се едновременно около две звезди – така наречените планети с кратна орбита. Сред тях се оказали и такива, които се движат много близо до звездите, тоест на 2-3 астрономически единици, а такива като наскоро откритата Кеплер-413b – на 0,3–0,4 а.е.

Естествено, налага се да се замислим как, първо, тяхното формиране се е оказало възможно, и второ, колко често се случват такива „отклонения“. Въпросът има отношение не само към двойните звезди – ако планетите лесно могат да се образуват там, където според нашите представи не би трябвало да възникват, значи трябва да ревизираме цялата теория за тяхното формиране.

Отговорът на първия въпрос е лесен – трябва просто да го придвижим по-далече в пространството и времето. Тоест да кажем, че планетите са се появили по-далече от своите двойни светила, а след това по неведоми причини са мигрирали по-близо до тях. Тъй като това се е случило отдавна, когато телескопи на Земята не е имало, то и проверката на подобни хипотези е проблематична.

С втория въпрос е по-сложно – повечето открити планети с кратни орбити са намерени с методи, които по определение не позволяват откриването на основна част от тяхната популация. Това е наблюдение на транзитите на планетите по диска на звездите и наблюдение на затъмненията на двойни звезди.

Тоест в двата случая става дума за обекти, намиращи се в една плоскост с нашата система. Не е трудно да се досетим, че на такава крехка основа статистика не може да се построи.

Затова астрономи начело с Дейвид Армстронг от университета на Уоруик (Великобритания) изобретили собствен метод за съставяне на такава статистика. Техен инструмент станали двойни затъмнени звезди, тоест системи, чиято орбитална плоскост случайно се е оказала наклонена към очите на земните астрономи под много малък ъгъл.

Звездите в тях периодично се затъмняват една друга, тоест блясъкът на двойката ще се променя. Тези светила, първо, не са толкова много, а второ, ако в техните системи има лежаща в една плоскост с тях планета, то тя лесно може да бъде открита. Като изходен материал изследователите използвали откритите за достъп данни на „Кеплер“, сред които вече са били открити няколко планети с кратни орбити.

По време на анализа на статистиката по кратните планети възникнали непредвидени трудности – оказало се, че пътьом екипът на Армстронг открил три нови кандидат-планети около двойни звезди. Учените не се спрели подробно на това (не влизало в задачата на тяхната работа), но самият факт, че докато разглеждали умерено количество двойни звездни кандидати, астрономите открили три неизвестни обекта, ги обнадеждил.

Впрочем това откритие може лесно да помръкне на фона на статистиката, която авторите смятат за свое главно постижение. Както подчертават те, всички съвременни хипотези за образуването на планети с кратни орбити твърдят, че гравитацията на двойката звезди трябва да ги кара да се намират в една плоскост, а всякакви планети с орбити, наклонени спрямо орбиталната плоскост на централната звездна двойка, трябва да се изхвърлят от такива системи.

Според изчисленията откритите от „Кеплер“ екзопланети в двойни затъмнени звезди показва, че такива системи са наситени с планети толкова, колкото и около единичните звезди. Или дори повече.

Но учените не изключват ситуация, когато честотата на планетите в една плоскост с двойката звезди се отличава от предсказаната. И тогава, пишат те, „честотата на възникване на планети с кратни орбити трябва да е изключително висока – значително по-висока от аналогичната честота за обичайните единични светила“.

Характерно е, че много планети са открити в диапазон, по-малък от шест земни радиуса, въртящи се около родителската двойка за по-малко от 300 дни. Според изследователите вероятността от тяхното възникване е равна на 10%, в случай че те основно се срещат само в плоскостта на въртене на родителската звездна двойка.

Тоест, според съвременните представи, тя е по-висока, отколкото за планети с такива размери и такава продължителност на годината, но край самотните звезди. Но ако, както и в обичайните системи, звездите могат да се въртят и в плоскост, наклонена спрямо своите звезди, то такива малки и сравнително близки планети около двойните светила са много повече – до 47%. Това са несравнимо по-високи цифри от това, което имаме за системи на единични звезди от типа на Слънцето.

Всъщност авторите на работата дават едва минимално значение на долния им, така да се каже, праг. Както вече се знае, в данните на „Кпелер“ практически не се разглеждат планети с размерите на Меркурий и Марс, и дори планети от типа на Земята и Венера не е лесно да се открият.

Грубо казано, по-лесно е да видим жираф, отколкото лъв, притаил се в тревата. Според вероятността от съществуване планетите с умерени размери на близки до двойка звезди орбити може дори да са повече от посочения диапазон от 10–47%.

В същото време се получава, че на орбити, близки до 300 дни (а именно те най-много интересували изследователите), газови гиганти около двойката звезди се въртят значително по-рядко, отколкото около самотните светила.

Според екипа на Армстронг това може да се обясни от споменатия проблем на скоростните планетезимали, които затрудняват образуването на гигантски екзопланети близо до светилата. Основна част от планетите гиганти около двойки звезди може да се върти на значително разстояние от централната двойка (десетки астрономически единици), което затруднява тяхното откриване.

Освен това в системи, където звездите са прекалено близки една до друга (въртят се около общия център на тежестта за по-малко от седмица), планети не се откриват, макар че причината за това все още не е ясна.

И така, умерените размери на Татуини и Галифреи са явление, което по-скоро е слабо разпространено, отколкото планети от рода на нашата. Това е доста значителна разлика от научния консенсус и определено е сериозно предизвикателство за тези, които се опитват да разчитат на потенциалната обитаемост на такива светове.

Отчет за изследването ще се появи в сп. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а с достъпната му версия можете да се запознаете тук.