Астрономы нашли сходство в составах звезд и их экзопланет

Астрофизики из десяти стран, обобщив данные, полученные с телескопов восьми обсерваторий, расположенных по всему миру, выявили связь между составом каменистых экзопланет и их материнских звезд, которая проявлена в корреляции содержания железа. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Звезды и планеты образуются из одного и того же материала — космического газа и пыли. В процессе формирования часть материала конденсируется и образует каменистые планеты, часть входит в состав звезды, а остаток формирует газовые гиганты. Поэтому считается, что во всех планетных системах есть общие особенности химического состава, характерные как для самой материнской звезды, так и для ее планет. Но в чем это сходство проявляется, до сих пор не было известно.

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы исследования сравнили точные параметры 32 каменистых экзопланет с массой меньше десяти масс Земли и звезд, вокруг которых они вращаются. Все эти звезды относятся к спектральному классу FGK, то есть похожи на Солнце.

Для звезд ученые измеряли излучаемый свет, который несет характерный спектроскопический отпечаток их состава. Плотность и состав каменистых планет определяли косвенно — по измеренной массе и радиусу. Это стало возможным благодаря появлению в последнее время методов, позволяющих выполнять такие измерения с достаточной точностью.

"Звезды и каменистые планеты совершенно различны по своей природе, и сравнивать их состав не так просто, — приводятся в пресс-релизе Бернского университета слова одного из авторов статьи Кристофа Мордасини (Christoph Mordasini), преподавателя астрофизики и члена Национального центра компетенций в исследованиях планет NCCR Planets. — Поэтому мы сравнили состав планет с теоретической, охлажденной версией их звезды".

"В то время как большая часть материала звезды, в основном водород и гелий, остается в виде газа при охлаждении, крошечная часть, состоящая из породообразующего материала, такого как железо и силикаты, конденсируется", — объясняет ученый.

Такой подход основан на бернской модели формирования и эволюции планет, которая непрерывно разрабатывается с 2003 года в Бернском университете. Используя эту модель, исследователи смогли рассчитать теоретический состав породообразующего материала "остывшей" звезды, а затем сравнить его с составом каменистых планет.

"Наши результаты показывают, что предположения относительно состава звезд и планет в целом верны, — говорит первый автор статьи Вардан Адибекян (Vardan Adibekyan) из Университета Порто и Институтом астрофизики и исследований Испании в Португалии. — Состав каменистых планет действительно тесно связан с составом их принимающей звезды. Однако отношения не так просты".

В целом полученные результаты подтвердили первоначальную гипотезу о сходстве составов, но выяснились и неожиданные детали. Так, ученые ожидали, что содержания основных элементов в "остывшей" звезде будут максимальными, однако содержания железа в некоторых экзопланетах оказались даже выше, чем в их материнских звездах. Авторы предполагают, что это может быть связано с гигантскими столкновениями, которые пережили эти планеты. При таких столкновениях внешние, более легкие оболочки планет разрушались, а более плотное железное ядро сохранилось.