Орбиты помогли разграничить коричневые карлики и теплые юпитеры

Астрономы выяснили, что коричневые карлики и теплые юпитеры — принципиально разные классы объектов, даже несмотря на близкие массы. К такому выводу они пришли на основе анализа формы орбит небесных тел, который показал, что коричневые карлики изначально формируются как звезды, а не как планеты. Статья опубликована в журнале The Astronomical Journal.

Коричневые карлики (небесные тела с массами от 13 до 80 масс Юпитера) слишком массивны для того, чтобы быть планетами, но недостаточно массивны для поддержания стабильной термоядерной реакции, которая обеспечивает длительное свечение обычных звезд: именно поэтому их называют субзвездами. При этом сегодня астрономы все чаще находят крупные планеты, относящиеся к классу горячих или теплых юпитеров, чья масса приближается к субзвездному порогу, что делает грань между небольшими коричневыми карликами и особо массивными газовыми гигантами более размытой. До сих пор существует несколько различных классификаций, в которых коричневые карлики относят то к планетам-гигантам, то к звездоподобным объектам.

Тем не менее, астрономы предполагают, что механизмы формирования этих небесных тел должны отличаться. Чтобы проверить эту гипотезу, группа ученых под руководством Брендана Боулера (Brendan P. Bowler) из Техасского университета в Остине проанализировала формы орбит юпитеров и коричневых карликов, которые хранят следы истории рождения и эволюции небесных тел.

Астрономы получили прямые изображения 27 систем, в которых газовые гиганты и коричневые карлики вращались вокруг главных звезд на расстоянии от 5 до 100 астрономических единиц. Снимки были сделаны обсерваторией Кека и телескопом «Субару» с помощью систем адаптивной оптики, которые позволяют в реальном времени исправлять атмосферные искажения. Затем, объединив эти данные с результатами прошлых наблюдений, находящихся в открытом доступе, авторы работы провели компьютерное моделирование с помощью программы Orbitize!. Она использует законы движения Кеплера, чтобы сгенерировать набор возможных орбит небесного тела на основе его измеренных положений.

Сегодня считается, что планеты образуются из газопылевого диска вокруг молодой звезды посредством слипания мелких частиц пыли в более крупные объекты, в то время как звезды рождаются вследствие гравитационного коллапса молекулярного облака газа, в результате которого оно разделяется на более мелкие сгустки, которые затем становятся «зародышами» светил. Эти процессы накладывают отпечаток на формы орбит небесных тел: как показывают наблюдения, орбиты звезды намного более вытянуты, чем орбиты планет.

Работа исследователей показала, что объекты с массами до 15 масс Юпитера действительно имеют более круговые орбиты, что позволяет отнести их к классу планет. Небесные тела с массой выше пороговой вращались орбитам с более высоким эксцентриситетом и скорее напоминали двойные звездные системы. Таким образом, астрономам удалось продемонстрировать, что несмотря на довольно сильное сходство, газовые гиганты и коричневые карлики имеют принципиально разную историю формирования.

В будущем исследователи намерены продолжить мониторинг 27 систем, чтобы повысить точность данных, а также расширить выборку. Для этого они будут использовать спутник Gaia, с помощью которого недавно была создана подробная трехмерная карта Млечного пути.

В прошлом году астрономы обнаружили один из самых массивных коричневых карликов, известных на сегодняшний день, который по своим свойствам попадает в так называемую «пустыню коричневых карликов». Его масса составляет 51 массу Юпитера, а радиус — 0,83 радиуса Юпитера.

Кристина Уласович