Планетные системы звезд - [7]

На основании ограниченной статистики сегодня можно утверждать, что планетными системами (или одиночными планетами) располагают примерно четыре процента звезд, по спектральным свойствам близких к солнечному классу, от класса F7V (немного горячее Солнца) до K1V (холоднее его). Первое, что обращает на себя внимание, это очень близкое расположение орбит экзопланет к родительской звезде. В верхней части рисунка показаны орбиты десяти экзопланет с минимальными большими полуосями, причем выдержаны относительные размеры орбиты и звезды, за диаметр которой условно принят диаметр Солнца (размеры этой группы звезд различаются мало). Масштаб схемы иллюстрирует стрелка вверху рисунка, равная половине большой полуоси орбиты Меркурия (0,2 а. е.). Угловой размер родительской звезды, наблюдаемой с этих экзопланет, лежит в пределах от 4,5 до 12^о (у Солнца всего 0,5^о). Диаметры дисков планет на рисунке сделаны примерно пропорциональными их массам, Msini. Эксцентриситеты орбит этой группы планет очень малы, то есть орбиты практически круговые. В нижней части рисунка на такой же схеме приведены как пример относительные размеры пар звезда – орбита для более далеких объектов, 55Cnc и GJ86, c большими эксцентриситетами планетных орбит. Масштаб схемы задан орбитальными положениями Меркурия, Венеры и Земли.

Столь низкие орбиты "горячих юпитеров" стали вызовом существующим теориям образования Солнечной системы по целому ряду причин, прежде всего, потому, что образование планет-гигантов было возможно вдали от Солнца, там, где происходила конденсация воды и других летучих веществ с образованием льдов. Поэтому свойства экзопланеты 51Peg b вначале рассматривались как аномалия. Но последовавшие затем открытия других экзопланет заставляют предполагать, что аномалией может быть скорее сама наша Солнечная система.

Независимо от физики явления короткий период обращения, соответствующий близкому к родительской звезде положению планеты типа "горячих юпитеров", облегчает поиск возмущающего тела. Как уже говорилось, в свое время именно короткий период позволил обнаружить первую экзопланету (у звезды 51Peg).

Известен лишь один красный карлик (маленькая звезда с низкой температурой) с планетной системой. Спектральные классы звезд с найденными экзопланетами близки к солнечному, это звезды G-класса и поздних F-подклассов. Поначалу это казалось "космическим шовинизмом": почему планеты присутствуют только у тех звезд, которые подобны нашей? Но тому есть несколько объяснений. У звезд более ранних подклассов F экзопланеты пока не обнаружены, что объясняется известными ограничениями метода лучевых скоростей в отношении требований к спокойствию фотосфер звезд, но вовсе не доказанным отсутствием у них планет (динамика их фотосфер более бурная). С другой стороны, и у звезд более позднего К-класса планетных систем найдено мало. Одна из причин заключается в том, что спектр средних и поздних К-подклассов настолько насыщен спектральными линиями, что существующий метод анализа спектрограмм их звезд затруднителен.

Обнаруженные планетные системы отличаются от Солнечной тем, что массивные планеты, "юпитеры", находятся в их центральной части. Но если проследить строение спутниковых систем самого Юпитера и других гигантов в Солнечной системе, то и там можно увидеть аналогичную структуру: крупные спутники находятся близко к планете, мелкие вдалеке. Поэтому существует даже гипотеза, что какое-то редчайшее событие было причиной, которая привела к необычной структуре Солнечной системы, например сближение с нею другой звезды в период формирования планет.

Схема орбит некоторых экзопланет в сравнении с характерными расстояниями в Солнечной системе. В верхней части рисунка масштаб указан половиной большой полуоси орбиты Меркурия, в нижней – орбитами Меркурия, Венеры и Земли, Примерно выдержаны относительные размеры, звезды и орбиты.

А. Кеплеровская составляющая vAnd, создаваемая короткопериодической планетой vAndb (4,6 сут). Составляющие c u d вычтены. Сплошная линия наилучшим образом представляет обработку результатов измерений.

Б. Кеплеровская составляющая с периодом 1308 суток, создаваемая планетой vAndd. Вычтены составляющие b и с.

В. То же для планеты с периодом 241 сутки. Вычтены составляющие bud. (Из работы Батлера и др., 1999 г.)

ПЛАНЕТНАЯ СИСТЕМА υAnd И ДРУГИЕ

Поначалу удавалось обнаружить лишь одиночные планеты. Первой системой с несколькими планетами стала ипсилон Андромеды (υAnd). Первую из ее планет, υAnd b, обнаружила группа Дж. Марси в 1996 году. Они заметили, что на кеплеровскую составляющую (около 70 м/с) наложена еще одна искаженная синусоида, с периодом 4,6 суток, которая постоянно обнаруживалась в наблюдениях. Это указывало на присутствие еще одной планеты, υAnd c с массой Msini = 0,68 М_ю (массы Юпитера) на низкой орбите. Оказалось, что лучевая скорость звезды υAnd за длительное время увеличивается примерно на 100 м/с, а затем на столько же уменьшается. После нескольких лет наблюдений стала видна другая правильная составляющая с периодом около 3,5 года. Отличие ее формы от синусоидальной указывает на большой эксцентриситет орбиты экзопланеты. Но после исключения составляющих с периодами 4,617 и 1308 суток остающийся разброс данных все еще примерно вдвое превышал ожидаемые ошибки. Поиск других скрытых планет вскоре позволил выявить еще один период, 241 сутки, также с большим эксцентриситетом. Массы планет, с точностью до sin