Extrémne horúce a neuveriteľne blízke: Ako horúci jupiteri spochybňujú teóriu

Inside Exoplanets: Motley Crew of Worlds Share Common Thread

Umelecký dojem zobrazujúci detailný záber na extrasolárnu planétu XO-1b prechádzajúcu pred hviezdou podobnou Slnku, vzdialenou 600 svetelných rokov od Zeme. Planéta veľkosti Jupitera sa nachádza na tesnej štvordňovej obežnej dráhe okolo hviezdy. (Obrazový kredit: NASA, ESA a G. Bacon (STScI))





Paul Sutter je hosťujúcim učencom Centra kozmológie a fyziky častíc na Štátnej univerzite v Ohiu ( CCAPP ). Sutter je tiež hostiteľom podcastov Spýtajte sa Spacemana ' a ' RealSpace „a seriál YouTube“ Priestor vo vašej tvári . '

Ako obvykle, mysleli sme si, že máme všetko vyriešené. Vidíte toho plynného obra vo vonkajšej slnečnej sústave? Tam sa to narodilo. Strávi tam celý život a tam aj zomrie. Iste, môže sa to trochu krútiť každých niekoľko sto miliónov rokov - kto nie? - ale vo všeobecnosti sa planéty nepohybujú.

Prekvapenie: Planéty sa pohybujú. A nielen trochu. Veľa sa pohybujú. Všade. V skutočnosti boli planéty v počiatkoch formovania slnečnej sústavy trochu roztržité: veveričia batoľatá sa pohybovali pod nohami. Túto skutočnosť sme si však skutočne všimli až vtedy, keď sme začali pozorovať planéty v iných slnečných sústavách („extrasolárne planéty“ alebo „exoplanéty“ pre astronóma v pohybe).



Horúci Jupiterovci šľahajú okolo

A nebol to len obyčajný typ exoplanéty, ktorý odštartoval toto premyslenie; boli to horúci Jupiteri. Predstavte si to: planéta masívnejšia ako najväčšia v našej slnečnej sústave a 10 -krát teplejšia, monštruózna šelma vodíka a ďalších prvkov, doplnená víriacimi pásmami plynu a bohatou dynamickou atmosférou, ktorá obieha bližšie k svojej hviezde ako Merkúr obieha okolo slnka. . V niektorých slnečných sústavách taká planéta obieha tak rýchlo, že jej rok je kratší ako deň Zeme. To znamená, že tieto svety môžu obletieť svoje materské hviezdy za niekoľko hodín. Zapojená fyzika dokáže najotuženejšieho vedca rozplakať.

Keď astronómovia spozorovali prvý horúci Jupiter (51 Pegasi b, prvá exoplanéta, ktorá sa nachádzala okolo hviezdy podobnej slnku, nie menej), reakcia bola väčšinou: „Ha ha, matka príroda, to je roztomilé. Tentoraz si nás dostal, ale už žiadne zábavné záležitosti, dobre? “

Potom sa však našiel ďalší horúci Jupiter. A ďalší. Potom ešte pol tucta. Prešli z hlúpych podivných loptičiek do ... normálnosti. Na chvíľu to začalo vyzerať, že naša vlastná slnečná sústava je tá zvláštna. Možno by sa mali volať „pravidelní Jupiteri“ a naši by mali pomenovať „studený Jupiter?“



Astronómovia hľadajúci inú Zem sú bližšie vďaka nedávnym objavom vesmírneho teleskopu Kepler. [Tu nájdete našu úplnú infografiku o typoch mimozemských planét.

Astronómovia hľadajúci inú Zem sú bližšie vďaka nedávnym objavom vesmírneho teleskopu Kepler. [Tu nájdete našu úplnú infografiku o typoch mimozemských planét.(Obrazový kredit: Karl Tate, prispievateľ guesswhozoo.com)

Vidieť hviezdy - a planéty

Pri spätnom pohľade nie je prekvapujúce, že astronómovia spozorovali tieto masívne planéty žijúce tak blízko svojich materských hviezd. Naše detekčné metódy sú napokon najcitlivejšie na presne tieto scenáre.



Jedna metóda je založená na pohybe samotnej materskej hviezdy. Vysmievali ste sa niekedy psovi na vodítku, ako behá tam a späť? Pes, ktorý sa vás horúčkovito pokúša prenasledovať, beží, kým ho vodítko nezastaví. Vy pôjdete opačným smerom a rovnako tak aj pes, až kým 'nehrmí!' a vodítko opäť dosiahne svoj limit.

V tejto skutočne zlej analógii sa každá planéta vysmieva svojmu materskému slnku gravitáciou. Počas jednej časti roku planéty svet sedí na určitej pozícii v systéme. Planéta sa týždeň za týždňom pokúša k sebe pritiahnuť hviezdu, pretože tak funguje gravitácia. O nejaký čas neskôr sa však planéta ocitne na opačnej strane systému. „Nie, hviezda, chcel som prísť sem, nie tam!“

Hviezda sa pohybuje tam a späť, len kúsok - je predsa v porovnaní so svojimi planétami obrovská. Ale s dostatočne presnými meraniami dokážeme tento výkyv odhaliť pomocou pozoruhodného červeného a modrého posunu vyžarovaného svetla hviezdy. [ Direct Imaging: Ďalší veľký krok v honbe za exoplanétami ]

Druhou silnou metódou - a v dnešnej dobe najbežnejšou metódou pri hľadaní nových planét - je jednoducho hľadať vzdialené zatmenia. Ak dosiahneme správne zarovnanie a budeme sa pozerať na dostatok hviezd, planéta raz za čas prejde tvárou svojho rodiča, pričom hviezdu tak trochu stmavne. Bingo: detekcia tranzitu!

Obe tieto metódy ľahšie nájdu planétu, ak je veľká, čo spôsobuje silnejšie ťahanie sa pri chvení alebo výraznejší pokles jasu.

Tieto metódy teda najskôr vyberú masívne a blízke planéty, pretože tie vytvoria najsilnejšie, najjasnejšie a najmenej nejednoznačné signály. A s planétami, ktoré majú vysokú obežnú rýchlosť, môžete za svoj pozorovací peniaz získať viac signálu.

To viedlo k počiatočným obavám: Chvíľu to vyzeralo, že každá exoplanéta je horúci Jupiter. Našťastie, ako sa naše detekčné metódy zlepšili a mohli sme objaviť menšie exoplanéty Dozvedeli sme sa, že galaxia je mäkšie miesto. Existuje veľa horúcich Jupiterov, ale aj veľa bežných Jupiterov, a každý iný druh planéty, ktorý si dokážete predstaviť .

Skoro slnko, ale nie celkom

Napriek tomu, ako sa horúci Jupiteri tak rozpálili? Na vysiatie plynového obra potrebujete na jadro viac ako skaly, jednoducho preto, že v slnečnej sústave nie je dostatok hornín na to, aby bolo dôstojné jadro planéty veľkosti Jupitera. Musíte tiež zlepiť zväzok ľadov a keď som to naposledy kontroloval, v blízkosti povrchu hviezdy nie je práve veľa ľadov. Horúci Jupiteri sa teda evidentne nevytvorili v polohách Mercurialu, kde ich teraz nachádzame. Čo dáva?

Náš doposiaľ najlepší odhad-a v skutočnosti je to len domnienka-je, že planéta podobná Jupiteru sa tvorí na primerane Jupiterovej obežnej dráhe v ranom plynnom, hmlistom, nie celkom slnečnom systéme. Veľký svet odstraňuje medzeru v plynnom disku, pretože to robia obrovské planéty. Je to prilepené v strede medzery ako auto na závodnej dráhe. Ak sa priblíži príliš blízko, pásy plynov okolo hviezdy sa otáčajú rýchlejšie, ako obieha planéta, a tak posunú obrovskú mladú planétu späť. Ak planéta vyrazí príliš ďaleko, pomalšie sa pohybujúce plynové pásy, ktoré sa tam nachádzajú, ju posunú späť na svoje správne miesto.

Ak ty

Ak ste aktuálnym odborníkom-výskumník, vedúci podniku, autor alebo inovátor-a chceli by ste prispieť upraveným dielom, napíšte nám tu .(Obrazový kredit: guesswhozoo.com)

Ale keďže je systém taký mladý, nekončí sa sťahovaním a kompresiou. Plyn sa neustále dotýka planéty a hrá fantasticky obrovskú hru curling, aby udržal planétu v medzere. A keďže celý plynový kotúč sa stále tlačí dovnútra do svojej konečnej, kompaktnej veľkosti, nesie so sebou medzeru - a novo vytvorenú planétu. Voilà: planéta veľkosti Jupitera vo vnútornej slnečnej sústave!

Ale keď je to také jednoduché, prečo sa to stáva iba niekedy? Ako je možné, že Jupiter našej slnečnej sústavy je tam, kde „patrí“? A čo bráni tomu, aby sa horúci Jupiter stal veľmi horúcim Jupiterom a len tak narazil do svojej hviezdy? A úprimne, celý mechanizmus sa mi zdá trochu riskantný, ak sa ma pýtate.

Je určite veľa vecí, ktorým nerozumieme, a horúci Jupiteri nám ponúkajú ešte jednu vzrušujúcu stopu po väčšej hádanke toho, ako sa formujú slnečné systémy, u nás i v zahraničí. Aby sme túto hádanku vyriešili, musíme urobiť to, čo vedci robia najlepšie: zamyslite sa nad tým ešte raz. A nezaškodí ani viac údajov.

Viac sa dozviete počúvaním epizódy Čo sa deje s exoplanétami? ' v podcaste „Ask a Spaceman“, ktorý je k dispozícii na iTunes a na webe na adrese http://www.askaspaceman.com . Ďakujem Jon Ziegler, Dan Cataldo, @infirmus, @MarkRiepe a Kieran Price za otázky, ktoré viedli k tomuto dielu! Položte si vlastnú otázku na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo podľa Pavla @PaulMattSutter a na facebook.com/PaulMattSutter .

Sledujte všetky otázky a diskusie Expertných hlasov - a staňte sa súčasťou diskusie Facebook , Twitter a Google+ . Vyjadrené názory sú názormi autora a nemusia nevyhnutne odrážať názory vydavateľa. Táto verzia článku bola pôvodne uverejnená dňa guesswhozoo.com .