Poslednjih godina, astronomi su razvili tehnike za merenje sadržaja metala u zvezdama sa izuzetnom tačnošću. Sa tom sposobnošću, astronomi su ispitivali zvezde brata i sestre da vide kako se njihova metalnost razlikuje. Neke od ovih konatalnih zvezda imaju izražene razlike u svojoj metalnosti.
Novo istraživanje pokazuje da su za to odgovorne zvezde koje gutaju stenovite planete.
Konatalne zvezde se rađaju u istom džinovskom molekularnom oblaku (GMC), iako nisu nužno u binarnim odnosima jedna sa drugom. Očekuje se da ove zvezde imaju veoma sličnu metalnost, iako nijedan GMC nije potpuno homogen i male razlike su uobičajene u zvezdama koje se formiraju zajedno. Ali kada su razlike izražene, mora postojati neko drugo objašnjenje.
Novo istraživanje pod nazivom „Zagađenje metalom u zvezdama sličnim Suncu od uništenja planeta sa ultra kratkim periodom“ sugeriše da su kamenite planete izvor ovih neslaganja. Autori su Christopher E. O’Connor i Dong Lai sa Univerziteta Northvestern, odnosno Univerziteta Cornell. Istraživanje se nalazi na serveru za pre-štampanje arkiv.org i dostavljeno je u časopise AAS.
„Detaljne studije hemijskog sastava među konatalnim zvezdanim parovima – zvezdama zajedničkog porekla – otkrivaju neočekivano velike diferencijalne količine među vatrostalnim elementima“, pišu autori.
Autori ovo nazivaju zagađenjem nakon sličnog što se dešava kod belih patuljaka. Izvor ovog zagađenja su kamenite planete, koje su bogate metalima.
Eksoplanete ultra kratkog perioda (USP) kruže oko svojih zvezda veoma blisko i obično završe orbitu za samo nekoliko sati. Imaju sličan sastav kao Zemlja i retko su veći od dva poluprečnika Zemlje. Njihovo poreklo nije jasno. Mogli su da se formiraju dalje, a zatim da migriraju bliže svojoj zvezdi, ili su mogli biti ostaci mnogo većih planeta koje su izgubile svoju atmosferu usled zračenja zvezda.
USP planete nisu baš česte. Ima ih samo oko 0,5 odsto zvezda sličnih Suncu. Veoma su vruće, tako da su im površine otopljene, a plimno su vezane za svoje zvezde.
Iako neuobičajene, mogu se formirati u većem broju, a zatim ih pojesti njihove zvezde.
„Egzoplanete sa kratkim periodom su potencijalno ranjive na poremećaje plime i oseke i gutanje od strane njihovih zvezda domaćina“, pišu autori. Istraživanja pokazuju da je između 3 do 30 procenata konatalnih zvezda glavne sekvence nalik Suncu (FGK) progutalo stenovite planete između 1 i 10 Zemljinih masa.
Postoji mnogo načina na koje se to može dogoditi. „Mnogi oblici nasilne dinamičke evolucije su mogući u planetarnim sistemima, od kojih je svaki potencijalno u stanju da ubrizga planetu u zvezdu“, pišu O’Konor i Laj. Međutim, dokazi pokazuju da je, najviše, oko 2 procenta pojedinačnih FGK zvezda zagađeno svim nasilnim mehanizmima zajedno.
Astronomi su predložili tri glavna scenarija gde zvezde mogu da progutaju planete USP.
Jedna se zove migracija visoke ekscentričnosti (visoko e). U ovom scenariju, proto-USP postaje veoma blizu svojoj zvezdi i ima visoku ekscentričnost. Zbog svoje blizine zvezdi i njenog gravitacionog privlačenja, planeta brzo gubi svoj ekscentricitet i usvaja kružnu orbitu.
Treći scenario je migracija vođena kosom. U ovom scenariju, planeta pratilac USP-a uzbuđuje kos USP-a i hvata ga u sekularnoj spin-orbitnoj rezonanciji. USP brzo migrira ka svojoj zvezdi, ali se migracija završava kada USP pobegne iz rezonancije.
Autori su razvili model za predviđanje broja USP-ova koji se formiraju i vremena koje je potrebno da budu zahvaćeni. Njihov model može da reprodukuje i nisku uočenu pojavu USP-a oko zvezda sličnih Suncu i njihovu zagađenu metalnost. Njihovi rezultati favorizuju scenario migracije sa niskim emisijama gde su USP deo kompaktnih sistema sa više planeta.
„Smatramo da je progutanje USP-a prirodna posledica scenarija migracije sa niskim emisionim faktorima. Veza između USP-a i zahvaćenih stenovitih planeta u zvezdama sličnim Suncu, stoga, izgleda verodostojno“, pišu oni.
Njihovi rezultati pokazuju da USP-ovi postaju zahvaćeni između 0,1 i 1 gigagodine nakon što se formiraju. Ako je ovo gutanje glavni izvor zagađenja zvezda sličnih Suncu, autori kažu da postoji korelacija između zagađenja i kompaktnih sistema sa više planeta.
„Oko 5–10 procenata zagađenih zvezda trebalo bi da ima tranzitnu planetu mase ≳ 5M⊕ i period od 4–12 dana“, objašnjavaju oni.
Oni takođe predviđaju obrnuto: trebalo bi da postoji antikorelacija između pojave USP i zagađenja.
Autori ukazuju na neka upozorenja u vezi sa njihovim rezultatima.
Tragovi zagađenja metalom mogu da izblede tokom vremena. Metali se mogu taložiti u zvezdu, čineći da signal nestane. U zavisnosti od toga koliko je to efikasno, to bi moglo značiti da je naše razumevanje koliko je zvezda zagađeno netačno. To bi moglo značiti da je više od 30 odsto zvezda sličnih Suncu zagađeno.
Drugo upozorenje je da bi nasilniji mehanizmi mogli ubrizgati planete u svoje zvezde. Rasipanje planeta-planeta moglo bi dovesti planete u gutanje, posebno kamenite Super-Zemlje. Međutim, autori objašnjavaju da „smatramo da samo ~ 1 posto zvezda može biti zagađeno nasilnim uništavanjem super-Zemlja, uprkos njihovoj sveprisutnosti kao egzoplanetama.
Njihovo poslednje upozorenje tiče se vrućih Jupitera (HJ). Ove planete gasovitih divova kruže veoma blizu svojih zvezda. Astronomi veruju da su HJ uništeni gutanjem tokom životnog veka glavne sekvence njihovih zvezda. HJ takođe imaju sličnu stopu pojavljivanja kao USP oko zvezda sličnih Suncu. Pošteno je pitanje da li oni doprinose uočenom zagađenju metaličnosti.
Autori kažu da je moguće da migracija visokog ekscentričnosti može da odvede HJ-ove u zvezdano gutanje. Međutim, oni takođe ističu da postoji dobar razlog da se sumnja u to. „Opet, progutani HJ možda neće proizvesti sličan hemijski potpis kao kamena planeta: mase i glomaznost metalnosti HJ uveliko variraju“, pišu oni. Sav vodonik i helijum u HJ bi takođe mogli da razblaže dodatne metale. Pored toga, plimni poremećaj HJ možda neće dovesti direktno do gutanja. Moguće je da bi prenos mase mogao da smanji HJ na ostatak super-Zemlje napravljen od originalnog jezgra i preostale atmosfere.
Prema O’Konoru i Laiju, potrebno je više studija pre nego što shvatimo kako HJ mogu doprineti zagađenju zvezda.
Njihovi rezultati takođe pokazuju da zvezda glavne sekvence može da formira samo jedan USP tokom svog glavnog niza, tako da samo jedna može biti progutana. U kompaktnom sistemu, samo najdublja planeta može pretrpjeti dovoljno raspadanja plime i oseke da postane USP.
U svom zaključku, autori pišu da zvezde koje ugošćuju USP-ove treba da imaju starost i kinematiku slične zvezdama polja Mlečnog puta i da bi retko trebalo da pokazuju znake prethodnog progutanja planete. Oni takođe zaključuju da bi zagađene FGK zvezde trebalo da budu domaćini kompaktnih sistema sa više planeta.
