Открытия и исследования экзопланет

[Searcher16]

4. Перспективы и предсказания.
Для фальсифицируемости теории предложено несколько проверяемых предсказаний.

4.1 У звёзд раннего типа должны отсутствовать короткопериодные суперземли.
У звёзд типа Солнца пыль в протодиске испаряется на орбитах примерно 0.05 - 0.1 ае и ближе. У протозвёзд класса А эта "пылевая линия" расположена в 0.1 - 0.5 ае, а у класса B - до 10 ае. У наблюдаемых "Кеплером" звёзд солнечного типа наблюдается резкое падение количества суперземель ближе 0.05 ае. Того же можно ожидать и от звёзд классов А и B, только соответствующие границы отодвигаются. Действительно, из 1965 горячих звёзд с температурами между 7500 и 10000 К суперземли обнаружены только у 2. Это в четыре раза меньше частоты суперземель у звёзд типа Солнца, хотя могут сказываться и наблюдательные ограничения (глубина транзита для звёзд большего радиуса уменьшается).

4.2 У красных и коричневых карликов должны быть распространены системы суперземель и "земель".
В системах с суперземлями с P < 100 д и в спутниковых системах газовых гигантов наблюдается отношение масс с центральным телом 10^-5 - 10^-4. У красного карлика массой 0.1 солнечной можно ожидать планет с массами 0.3 - 3.0 земных и радиусами 0.7 - 1.5 земных. Проект MEarth сейчас способен обнаружить планеты до 2 земных радиусов у 2 000 наблюдаемых красных карликов. Для подтверждения планет с указанными выше параметрами потребуется увеличить количество наблюдений.

4.3 Двойные звёзды могут быть использованы для исключения миграций.
У альфы Центавра возмущения от звезды А должны помешать формированию планет дальше 0.5 от звезды B (Thebault et al. 2009). Недавнее открытие планеты с орбитой 0.04 ае исключает возможность длительной миграции.
В широких парах теоретически можно наблюдать однократные затмения планет, обращающихся вокруг меньшей звезды, если она будет проходить по диску большей. В поле зрения "Кеплера" можно ожидать около 9 таких событий.

4.4 Оси орбит короткопериодных суперземель должны быть параллельны звёздным осям вращения.
Эффект Росситера-Маклафлина для суперземель измерить довольно трудно, но по крайней мере с определённой точностью можно рассчитать угол наклона оси вращения звезды. Для этого нужно знать радиальную составляющую экваториальной скорости (определяется спектрометрически) и период вращения (уже измерен "Кеплером"), а также радиус звезды (оценивается теоретически). Планеты, сформировавшиеся "на месте", должны обращаться в плоскости звёздного экватора, поэтому угол наклона оси вращения звезды должен составлять 90^о.

4.5 Короткопериодные суперземли должны обладать первичными H/He атмосферами либо вторичными, скорее всего водородными.
Разница в молекулярном составе атмосферы приводит к разному транзитному радиусу на разных длинах волн, что можно измерить. Большинство таких измерений, проведённых для GJ 1214b, не показали существенных вариаций радиуса, что исключает чистую атмосферу из H и He. В п.3.7 приводились доводы в пользу вторичного состава атмосферы. Водородная атмосфера с сильной облачностью (дымкой) может соответствовать полученным данным. Паровая атмосфера при низкой плотности планеты требует слишком большого количества воды, что противоречило бы её скалистому составу. Требуются дополнительные наблюдения, в том числе с "Вебба".

4.6 Суперземли, сохраняющие первичную атмосферу, должны быть сильно сконцентрированы к центру, с числом Лава k₂ < 0.05.
Скалистая планета с протяжённой водородной оболочкой будет куда сильнее сконцентрирована к центру, чем водяной мир с богатой летучими веществами мантией и атмосферой. Это означает меньшие значения числа Лава. Для GJ 436 b модели скалистой планеты с массой твёрдого ядра более 80% соответствует k₂ < 0.05. Для сравнения, у Нептуна (масса скального ядра, над которым находится ледяная мантия, <25%) k₂ = 0.16. Однако значения k₂ < 0.05 могут быть проверены только для суперземель, удержавших значительную водородную атмосферу, потому что например для Земли k₂ = ~0.3. В тесной двухпланетной системе возможно вычислить k₂ для внутренней планеты, хотя это требует очень точных наблюдений.

От себя замечу, что Чан с Лофлиным не совсем корректно рассчитали распространённость суперземель по данным "Кеплера". Они не учли возможное влияние многопланетности на вероятность обнаружения транзита (упрощённо говоря, в системе с тремя суперземелями, у которых P<100 д и большие относительные углы наклонения, вероятность транзита в три раза выше, чем в системе с одной такой планетой или в более "плоской" системе).
Кроме того, авторы не рассматривают процессы формирования газовых гигантов в системах с такими плотными дисками. А они должны формироваться намного эффективнее, чем в Солнечной системе, и быть более массивными, хотя наблюдается совсем противоположное: в системах с "суперземлями" обычно нет никаких следов массивных планет, максимум - с массой Сатурна, как в HD 10180.
Ну и всё же остаётся непонятным, почему в нашей системе нет планет ближе Меркурий (да и тот весьма мал) - ведь даже в диске с малой поверхностной плотностью последняя возрастает по мере приближения к звезде. Можно было бы ожидать если и не суперземель, то по крайней мере достаточно массивных "земель" с периодами меньше 100 д.

4.1 Пока не известно ВООБЩЕ ни одной горячей суперземли у звезд А-класса (KOI-2138.01 Rpl=2.34xearth при Tstar=9355 K и Rstar=2.16xsol - не очень хорошее приближение). Но они явно есть, и в данных "Кеплера" их мало не только потому, что транзит обнаружить сложнее. Другая причина - звезды ранних спектральных классов не являются основными целями "Кеплера"

4.2.Это и наблюдается - очко в пользу теории

4.3.Оно и так понятно, наличие плотноупакованных систем у двойных звезд сразу отправляет теорию миграций на место, т.е. в мусорное ведро к геоцентризму и бредням Джинса. Но насчет Альфы - категорически не согласен! Есть такая замечательная тесная системка - HD 176051 (кстати, это первая системка от астрометрии) - там схожие параметры, и целый газовый гигант преспокойно вращается на 1.76 а.е по круговой орбите от второй звезды. Как сия теория это объяснит? И вдобавок, при компьютерном моделировании (влияние второй звезды учитывалось!) земли в обиталке у Альфы образовывались-таки.

4.4.Тоже неплохо согласуется с данными "Кеплера"

4.5. Опять осечка! В системе Kepler-57 внешняя суперземля явно каменная. И явно похолоднее GJ 1214 b

4.6  Тогда должно наблюдаться приличное количество горячих земель и суперземель у красных карликов. Но их только две - Kepler-32 f и KOI-1843.03 - что как-то не соответствует теории. А на таких орбитах уже большая часть их должна быть уже обнаружена ещё кеплеровцами

P.S. Очень не люблю, когда подгоняют факты под теорию. Эта тоже, прямо скажем, не очень хороша и неудовлетворительно объясняет наблюдаемые данные, но все же (относительно!) ближе к истине, чем "теория" миграций.

[vsevolodson]

Интереснейшая статья на тему образования короткопериодных "суперземель". Авторы - Юджин Чан (Eugene Chiang) и Грег Лофлин (Greg Laughlin) - обсуждают возможность формирования "суперземель" с радиусами больше 2 земных и периодами меньше 100 дней прямо "на месте", без миграций как самих планет, так и протопланет и планетозималей.

Это, что называется, "назрело".

у доплеровских наблюдений было уже более чем достаточно времени для обнаружения множества аналогов Юпитера, если бы это множество существовало.

Это очень серьёзный подлог Поиск аналогов Юпитера даёт только на одном сайте exoplanet.eu только 112 шт из 846.

спутники чаще вращаются в резонансах, а суперземли их избегают.

Вот это уже указывает на то, что суперземли не мигрировали.

[Olweg]

4.1 Пока не известно ВООБЩЕ ни одной горячей суперземли у звезд А-класса (KOI-2138.01 Rpl=2.34xearth при Tstar=9355 K и Rstar=2.16xsol - не очень хорошее приближение). Но они явно есть, и в данных "Кеплера" их мало не только потому, что транзит обнаружить сложнее. Другая причина - звезды ранних спектральных классов не являются основными целями "Кеплера"

Ну да, их 2 000 всего против 130 000 с T < 6000 K. Но у последних, как пишут в статье, обнаружено 549 кандидатов с 2.5 < R < 5.0, т.е. у 0.4%. 2 из 2 000 (0.1%) - это, по-видимому, KOI-1622.01 и KOI-2222.01. Радиус взяли с запасом, видимо для того, чтобы компенсировать увеличение звёздного радиуса. KOI-2138.01 с R < 2.5 не попадает. Дело в том, что авторы считают суперземлями вообще все планеты до 5 земных радиусов, ведь водородная оболочка может быть раздута очень сильно при сравнительно небольшой массе.

4.3.Оно и так понятно, наличие плотноупакованных систем у двойных звезд сразу отправляет теорию миграций на место, т.е. в мусорное ведро к геоцентризму и бредням Джинса. Но насчет Альфы - категорически не согласен! Есть такая замечательная тесная системка - HD 176051 (кстати, это первая системка от астрометрии) - там схожие параметры, и целый газовый гигант преспокойно вращается на 1.76 а.е по круговой орбите от второй звезды. Как сия теория это объяснит? И вдобавок, при компьютерном моделировании (влияние второй звезды учитывалось!) земли в обиталке у Альфы образовывались-таки.

Ну, как видите, есть разные оценки. Авторы ссылаются на статью Thebault et al. 2009. А HD 176051 - действительно интересное открытие, планета на орбите 1.76 ае при разделении звёздных компонентов 19 ае. Причём неизвестно точно, вокруг какой из звёзд эта планета обращается Получается, что её гравитационное влияние на одну из звёзд отражается и на второй? Можно вспомнить ещё гамму Цефея - там планета на орбите 2.044 при разделении компонентов 22 ае. Отношение почти одинаковое: примерно 9.3% от большой полуоси звёздной пары. Правда, у альфа Центавра эксцентриситет (0.52) выше, чем у гаммы Цефея (0.44) и HD 176051 (0.25).

4.5. Опять осечка! В системе Kepler-57 внешняя суперземля явно каменная. И явно похолоднее GJ 1214 b

Если судить по цифрам из exoplanet.eu. Но непонятно, откуда они взяты. В статье, на которую ссылается Энциклопедия, и на сайте "Кеплера" даётся только верхний предел - 6.95 масс Юпитера.

4.6  Тогда должно наблюдаться приличное количество горячих земель и суперземель у красных карликов. Но их только две - Kepler-32 f и KOI-1843.03 - что как-то не соответствует теории.

Не понял, почему? Не нашёл Kepler-32 f - может быть, Вы имеете в виду KOI-952.04? KOI-1843.03 в списке тоже нет. В любом случае, есть и множество других горячих земель у красных карликов, хотя бы система Kepler-42. Но в п.4.6 речь совсем о другом - о проверке внутреннего состава суперземель.

Мне вот вспомнилась вчера, когда читал статью, система Kepler-36. Две планеты на близких орбитах с огромной разницей по плотности. Если считать их (изначально) мини-нептунами, то очень сложно объяснить такой разный состав - ведь излучение от звезды они получают почти одинаковое, и почему в таком случае внутренняя планета потеряла всю свою мантию и атмосферу, а внешняя - нет? А вот если предположить, что изначально обе были скалистыми суперземлями с небольшими по массе (но протяжёнными) водородными атмосферами, то тогда объяснить потерю водорода внутренней планетой куда легче.

[Olweg]

у доплеровских наблюдений было уже более чем достаточно времени для обнаружения множества аналогов Юпитера, если бы это множество существовало.

Это очень серьёзный подлог Поиск аналогов Юпитера даёт только на одном сайте exoplanet.eu только 112 шт из 846.

А за 4 ае - всего 26. Причём добрая половина - с весьма высокими эксцентриситетами. Маловато будет

[Searcher16]

По поводу горячих суперземель - я считал таковые по определению у Вики Воробьевой на сайте.

И не забывайте о том, что аналоги Юпитера, во-первых, трудно обнаруживать (требуется очень большой период наблюдений), во-вторых, погрешность в периодах у них, как правило, большая, а в эксцентриситетах - очень большая. Читал, что их распространенность оценивается в 15 плюс-минус пять процентов - не так уж и мало, но определяющим типом, по-видимому, являются плотноупакованные системы

Вдобавок если у Бунгулы помимо уже известного Муспельхейма обнаружится Вальгалла (т.е. дубликат Земли) - впору бить в бубен : это будет означать, что коэффицент обитаемости в уравнении Дрейка явно больше половины плюс гипотеза "колпака" получит мощнейший аргумент

[Olweg]

Я тоже считаю, что аналоги Юпитера не так уж редки. У ближайших красных карликов несколько штук обнаружено, у звёзд FGK их искать конечно сложнее, хотя бы из-за дольшей базы наблюдений. Опять же, у ближайшей одиночной звезды типа Солнца есть аналог Юпитера. Но, с другой стороны - у ближайшей звезды типа Солнца есть что-то не имеющее аналогов в нашей системе. Интересно, на мой взгляд, вот ещё что: если посмотреть на список красных карликов с планетами, то у них есть либо газовый гигант на широкой (и как правило круговой) орбите, либо "суперземли", "горячие нептуны" и прочее в том же духе. Нет систем одновременно с двумя этими типами планет. Исключение - Gliese 876, но система эта не совсем типична, потому что газовые гиганты там, судя по резонансам и высоким равновесным температурам, испытали миграцию. У Gliese 433 есть внешняя планета, но по массе она ближе даже не к Сатурну, а к Нептуну.

[Searcher16]

А как же GJ 676 A? Хоть это и поздний оранжевый карлик, но внутренние суперземля с нептуном + пара внешних гигантов там есть

Впрочем, похоже, есть как минимум два типа систем : похожие на Солнечную и упакованные куда более компактно

[Olweg]

Любопытно. Не обращал внимания на эту систему. Я сортировал по массе, от 0.5 и ниже.

[vsevolodson]

Впрочем, похоже, есть как минимум два типа систем : похожие на Солнечную и упакованные куда более компактно

А также более разреженные и горячие Юпитеры, что смели всё внутри своей системы.

[Olweg]

Любопытно. Не обращал внимания на эту систему.

Понятно, почему не обращал: на exoplanet.eu она в неподтверждённых, причём только GJ 676A b. Если я правильно понял, Туоми с коллегой в своей работе использовали порог FAP (false alarm probabilty) 1%. Это, пожалуй, многовато. Например, у альфы Центавра B b FAP равна 0.02%, и то высказывались сомнения в реальности этой планеты... Кстати, такая же высокая (чуть меньше 1%) FAP и у двух из трёх открытых на днях планет у HD 40307. Торопятся...

[Searcher16]

За существование HD 40307 g я вообще не ручаюсь, а планеты e и f , наоборот, превосходно в эту систему вписываются.

[Searcher16]

Впрочем, похоже, есть как минимум два типа систем : похожие на Солнечную и упакованные куда более компактно

А также более разреженные и горячие Юпитеры, что смели всё внутри своей системы.

У некоторых горячих юпитеров все же есть коллеги по орбите. Ладно, упсилон Андромеды в расчет не берем - возмущенная система. Но как формировалась HIP 14810? Её строение никакая "теория миграций" объяснить не в состоянии

[vika vorobyeva]

Если я правильно понял, Туоми с коллегой в своей работе использовали порог FAP (false alarm probabilty) 1%. Это, пожалуй, многовато. Например, у альфы Центавра B b FAP равна 0.02%, и то высказывались сомнения в реальности этой планеты... Кстати, такая же высокая (чуть меньше 1%) FAP и у двух из трёх открытых на днях планет у HD 40307. Торопятся...

Вот именно.
А торопиться не надо.
Сенсационные "открытия", а потом столь же громкие "закрытия" планет только подрывают доверие к методу лучевых скоростей и рождают впечатление, что астрономы занимаются гаданием на кофейной гуще и просто выдумывают планеты там, где им хочется их увидеть.
Лучше десять раз все перепроверить.
1% вероятности ложного открытия - это все-таки очень много.

[Golossvyshe]

Интереснейшая статья на тему образования короткопериодных "суперземель".

Olweg, спасибо за статью и отдельное спасибо за краткий русский концепт. Очень познавательно.

Однако от ряда вопросов удержаться не могу. И первый из них такой - утверждение насчёт «аэродинамического торможения» мелких тел в протопланетном диске крайне сомнительно. Откуда это? Какое может быть торможение в среде с плотностью нынешней лунной атмосферы, если не ниже? Не забываем к тому же – молекулы газа ведь тоже обращаются вокруг протозвезды. Так что любое тело будет находиться по отношению к окружающему газу  практически в полном покое.

[armadillo]

аэродинамическое торможение слабо. А гравитационное может быть реальным.

[armadillo]

Вопрос - а каким методом нашли планету у HD_176051 (аналога А Центавра)?

[Searcher16]

Вопрос - а каким методом нашли планету у HD_176051 (аналога А Центавра)?

Вы не поверите, но нашли-то астрометрией! Это первая и, увы, пока единственная планета, открытая данным способом

P.S. Новые массивные планеты у звезд-гигантов: HD 66461 b, HD 208527 b и HD 220074 b

[Olweg]

Однако от ряда вопросов удержаться не могу. И первый из них такой - утверждение насчёт «аэродинамического торможения» мелких тел в протопланетном диске крайне сомнительно. Откуда это? Какое может быть торможение в среде с плотностью нынешней лунной атмосферы, если не ниже? Не забываем к тому же – молекулы газа ведь тоже обращаются вокруг протозвезды. Так что любое тело будет находиться по отношению к окружающему газу  практически в полном покое.

Тоже в первый раз о таком читаю. В статье есть такая фраза: "...gas is supported by a radial pressure gradient and orbits the star at the sub-Keplerian velocity", т.е. газ из-за радиального градиента давлений должен вращаться на скоростях ниже кеплеровских - отсюда и относительная скорость. То есть давление удерживает газ от перехода на другую орбиту?

[Golossvyshe]

Однако от ряда вопросов удержаться не могу. И первый из них такой - утверждение насчёт «аэродинамического торможения» мелких тел в протопланетном диске крайне сомнительно. Откуда это? Какое может быть торможение в среде с плотностью нынешней лунной атмосферы, если не ниже? Не забываем к тому же – молекулы газа ведь тоже обращаются вокруг протозвезды. Так что любое тело будет находиться по отношению к окружающему газу  практически в полном покое.

Тоже в первый раз о таком читаю. В статье есть такая фраза: "...gas is supported by a radial pressure gradient and orbits the star at the sub-Keplerian velocity", т.е. газ из-за радиального градиента давлений должен вращаться на скоростях ниже кеплеровских - отсюда и относительная скорость. То есть давление удерживает газ от перехода на другую орбиту?

Вот видите. Наличие подобных экзерсисов мгновенно дезавуирует всю статью. Переводит в разряд очередного "бормоталова от британских учёных"...

[Olweg]

Прямо так уж и мгновенно? На Вас не угодишь  Насколько я понимаю, идея с аэроторможением, как и большинство других идей в статье, не авторские. У авторов данной статьи основная идея - полный отказ от каких-либо миграций, как на планетной, так и на допланетной стадии, в остальном они используют чужие наработки, так что статью можно рассматривать и как своего рода обзор текущего состояния дел в области изучения планетогенеза (конечно, ограниченный).