Состав звезды определяет состав ее планет — но что-то вносит поправки

Международная группа астрономов во главе с Варданом Абидекяном изучила соотношение тяжелых элементов в составе других звезд и вращающихся вокруг них экзопланет. Оказалось, что между концентрацией железа в атмосфере звезды и ее планеты есть связи, но она не вполне линейная. Возможной причиной этой нелинейности могут быть столкновения планет с крупными небесными телами, лишающие планету части более легких элементов. Соответствующая статья опубликована в Science, с текстом ее препринта можно ознакомиться здесь.

Астрономы уже довольно давно подметили, что у звезд, в чьих спектрах почти нет следов тяжелых элементов, трудно найти планеты. Это не обязательно означает, что их там нет — экзопланеты трудно обнаружить, если они невелики и вращаются далеко от своей звезды — но может указывать на то, что крупных планет около бедных металлами звезд мало (в астрономии металлами называют тяжелые элементы в целом). Однако исследователям до самого недавнего времени не хватало понимания того, какова ситуация у тех звезд, которые имеют нормальное количество металлов. Зависит ли доля тяжелых элементов в составе их планет от такой же доли в составе звезд?

Чтобы выяснить это, авторы статьи в Science, сравнили химический состав 27 звезд и 32 относительно небольших твердых экзопланет, вращающихся вокруг этих звезд. Следует отметить, что если состав звезд по их спектрам определить еще не так сложно, то вот состав экзопланет куда сложнее для изучения. Геологические исследования там пока провести затруднительно, поэтому на сегодня их состав определяют расчетно — сопоставляя радиус и массу планеты между собой и моделируя, какой наиболее вероятный химический состав она может иметь. Особенно сложно сделать это потому, что радиусы и массы экзопланет на сегодня трудно определять с ошибками менее 30% — но авторы работы постарались включить в нее только те случаи, когда известные ошибки минимальны.

В результате у них получилось, что вокруг звезд с более высоким содержанием железа вращаются и планеты с повышенным содержанием железа. Однако, хотя авторы ожидали, что доля железа в составе звезды задаст жесткое ограничение сверху на долю железа в составе планет, на деле вышло иначе: у некоторых планет железа в составе, по всей видимости, больше, чем можно было бы ожидать по составу ее звезды.

Авторы крайне осторожны в оценках причин, по которым у некоторых планет такой «избыток железа». Один из них предполагает, что причиной могут быть гигантские столкновения этих планет, уносящие в космос наружные, более легкие слои небесного тела, но не затрагивающие содержащие много железа внутренние слои.

Понимание удельного содержания железа в той или иной планете полезно в оценке ее потенциальной интересности для дальнейших наблюдений — и в том числе потенциальной обитаемости. Если экзопланета не находится к своей звезде слишком близко, наличие в ее составе большого количества железа может говорить о наличии у нее устойчивого магнитного поля. Некоторые астрономы считают, что такое поле снижает потери воды планетами, поднимая их шансы на возникновение сложной жизни.