Звезды-хозяева планет - Planet-hosting stars

В этой статье описываются корреляции между характеристиками звезд и характеристиками планет, вращающихся вокруг них, а также другие связи между звездами и их планетами.

Доля звезд с планетами

В среднем на одну звезду приходится как минимум одна планета.[1]Примерно 1 из 5 Солнечные звезды[а] иметь "размером с Землю"[b] планета в жилая зона.

У большинства звезд есть планеты, но точно неизвестно, какая часть звезд имеет планеты, потому что не все планеты еще можно обнаружить. Метод лучевых скоростей и метод транзита (которые ответственны за подавляющее большинство обнаружений) наиболее чувствительны к большим планетам на малых орбитах. Таким образом, многие известные экзопланеты являются «горячими юпитерами»: планеты Джовиан масса или больше на очень маленьких орбитах с периодом всего в несколько дней. Обзор планет с обнаруженными лучевыми скоростями в 2005 г. показал, что около 1,2% звезд, подобных Солнцу, имеют горячий юпитер, где «звезда, подобная Солнцу» относится к любой звезде главной последовательности. спектральные классы поздно-F, грамм, или рано-K без близкого звездного спутника.[2] Эти 1,2% более чем вдвое превышают частоту горячих юпитеров, обнаруженных космическим аппаратом Кеплера, что может быть связано с тем, что поле зрения Кеплера охватывает другую область Млечного Пути, где металличность звезд отличается.[3]Также предполагается, что от 3% до 4,5% звезд, подобных Солнцу, обладают планетами-гигантами с периодом обращения 100 дней или меньше, где «планета-гигант» означает планету с массой не менее 30 масс Земли.[4]

Известно, что маленькие планеты (примерно с земной массой или несколько больше) встречаются чаще, чем планеты-гиганты.[5] Также кажется, что на больших орбитах планет больше, чем на малых. На основании этого, по оценкам, около 20% звезд, подобных Солнцу, имеют по крайней мере одну планету-гигант, тогда как по крайней мере 40% могут иметь планеты с меньшей массой.[4][6][7]Исследование 2012 г. гравитационное микролинзирование данные, собранные в период с 2002 по 2007 год, показывают, что доля звезд с планетами намного выше и оценивает в среднем 1,6 планет, вращающихся между 0,5–10 а.е. на одну звезду в Млечный Путь авторы этого исследования приходят к выводу, что «звезды вращаются вокруг планет как правило, а не исключение».[1]В ноябре 2013 г. было объявлено, что 22 ± 8% солнечноподобных[а] звезды имеют размер Земли[b] планета в обитаемой[c] зона.[8][9]

Каким бы ни было соотношение звезд с планетами, общее количество экзопланет должно быть очень большим. Поскольку в Млечном Пути не менее 200 миллиардов звезд, он также должен содержать десятки или сотни миллиардов планет.

Тип звезды, спектральная классификация

Смотрите также планеты, вращающиеся вокруг Herbig Ae / Be звезды, Звезды Т Тельца, Субгиганты, Желтые гиганты, Красные гиганты, Звезды B-типа, Звезды типа А, Субкарликовые звезды B, Звезды F-типа, Звезды G-типа, Звезды К-типа, Красные карлики, Коричневые карлики, Белые карлики, или же Пульсары.
Спектральная классификация Моргана-Кинана

Наиболее известные экзопланеты вращаются вокруг звезд, примерно похожих на солнце, то есть, звезды главной последовательности из спектральные категории F, G или K. Одна из причин заключается в том, что программы поиска планет, как правило, концентрируются на таких звездах. Кроме того, статистический анализ показывает, что звезды с меньшей массой (красные карлики, из спектральная категория M) менее вероятно, что планеты будут достаточно массивными, чтобы их можно было обнаружить лучево-скоростной метод.[4][10] Тем не менее, многие планеты вокруг красных карликов были обнаружены Кеплер космический корабль посредством метод транзита, который может обнаруживать меньшие планеты.

Звезды спектральная категория Обычно A вращаются очень быстро, что очень затрудняет измерение малых доплеровских сдвигов, вызванных вращением планет, поскольку спектральные линии очень широкие.[11] Однако массивные звезды этого типа со временем превращаются в более холодные. красный гигант который вращается медленнее, поэтому его можно измерить с помощью метода радиальных скоростей.[11] Вокруг красных гигантов обнаружено несколько десятков планет.

Наблюдения с использованием Космический телескоп Спитцера указывают на то, что чрезвычайно массивные звезды спектральная категория O, которые намного горячее Солнца, производят фотоиспарение эффект, который подавляет планетарное образование.[12]Когда звезда O-типа уходит сверхновая звезда любые сформировавшиеся планеты станут свободно плавающими из-за потери звездной массы, если только натальный удар образовавшегося остатка толкает его в том же направлении, что и убегающая планета.[13]Отступать диски материи, которая не смогла покинуть орбиту во время сверхновой, может образовывать планеты вокруг нейтронные звезды и черные дыры.[14]

Доплеровские исследования широкого спектра звезд показывают, что около 1 из 6 звезд, имеющих вдвое большую массу Солнца, вращается вокруг одной или нескольких планет размером с Юпитер, по сравнению с 1 из 16 для звезд, подобных Солнцу, и только 1 из 50 для звезд. красные карлики. С другой стороны, микролинзирование опросы показывают, что длительный период Нептун планеты находятся примерно в 1 из 3 красных карликов.[15]Наблюдения с помощью космического телескопа Кеплера планет с периодом до одного года показывают, что частота встречаемости планет размером от Земли до Нептуна (от 1 до 4 радиусов Земли) вокруг звезд M, K, G и F последовательно выше по направлению к более холодным и менее массивным звездам. .[16]

В конце звездообразования с малой массой находятся субзвездные объекты, не синтезирующие водород: коричневые карлики и суб-коричневые карлики спектральной классификации L, T и Y. Вокруг коричневых карликов были обнаружены планеты и протопланетные диски, а вокруг суб-коричневых карликов (например, OTS 44 ).

Планеты изгоев выброшенная из их системы могла сохранить систему спутников.[17]

Металличность

Звезды с высшим металличность чем у Солнца, скорее всего, будут планеты, особенно планеты-гиганты, чем у звезд с более низкой металличностью.

Обычные звезды состоят в основном из легких элементов. водород и гелий. Они также содержат небольшую долю более тяжелых элементов, и эта доля называется звездной. металличность (даже если элементы не металлы в традиционном понимании),[2] обозначается [m / H] и выражается на логарифмическая шкала где ноль - металличность Солнца.

Исследование 2012 г. Кеплер данные космического корабля показали, что планеты меньшего размера с радиусом меньше, чем у Нептуна, были обнаружены вокруг звезд с металличностью в диапазоне -0,6 <[м / H] <+0,5 (примерно в четыре раза меньше, чем у Солнца, но в три раза больше),[d] тогда как более крупные планеты были обнаружены в основном вокруг звезд с металличностью в верхней части этого диапазона (при солнечной металличности и выше). В этом исследовании малые планеты встречались примерно в три раза чаще, чем большие планеты, вокруг звезд с большей металличностью, чем у Солнца, но они возникали примерно в шесть раз чаще для звезд с меньшей металличностью, чем у Солнца. Отсутствие газовые гиганты вокруг звезд с низкой металличностью может быть связано с металличностью протопланетные диски влияет на то, как быстро планетарные ядра могут ли они образовать газовую оболочку перед тем, как газ рассеется. Однако Кеплер может наблюдать только планеты очень близко к своей звезде, а обнаруженные газовые гиганты, вероятно, мигрировал из более далекого, поэтому снижение эффективности миграции в дисках с низкой металличностью также может частично объяснить эти результаты.[18]

Исследование 2014 года показало, что не только планеты-гиганты, но и планеты всех размеров имеют повышенную частоту встречаемости вокруг богатых металлами звезд по сравнению со звездами с низким содержанием металлов, хотя чем больше планета, тем больше это увеличение по мере увеличения металличности. Исследование разделило планеты на три группы в зависимости от радиуса: газовые гиганты, газовые карлики и планеты земной группы с разделительными линиями на 1,7 и 3,9 земных радиуса. Для этих трех групп частота встречаемости планет в 9,30, 2,03 и 1,72 раза выше для звезд с высоким содержанием металлов, чем для звезд с низким содержанием металлов, соответственно. Существует предубеждение против обнаружения планет меньшего размера, потому что богатые металлами звезды имеют тенденцию быть больше, что затрудняет обнаружение планет меньшего размера, а это означает, что это увеличение частоты встречаемости является более низким пределом.[19]

Также было показано, что подобные Солнцу звезды с планетами с гораздо большей вероятностью будут испытывать дефицит литий, хотя у других типов звезд такой корреляции не наблюдается.[20] Однако эта заявленная взаимосвязь стала предметом спора в сообществе планетарных астрофизиков, и их часто отрицают.[21][22] но также поддерживается[23][24].

Множественные звезды

Звездная множественность увеличивается с увеличением звездной массы: вероятность того, что звезды находятся в нескольких системах, составляет около 25% для красных карликов, около 45% для звезд, подобных Солнцу, и возрастает примерно до 80% для самых массивных звезд. Из кратных звезд около 75% являются двойными, а остальные имеют множественность более высокого порядка.[25]

Было обнаружено более ста планет, вращающихся вокруг одного члена двойная звезда система (например, 55 Cancri, возможно Альфа Центавра Bb ),[26] и несколько околоземные планеты были обнаружены орбиты вокруг обоих членов двойной звезды (например, PSR B1620-26 б, Кеплер-16б ). Несколько десятков планет в тройная звезда системы известны (например, 16 Cygni Bb )[27] и два в четверных системах Кеплер 64 и 30 Ариетис.[28]

В Кеплер Результаты показывают, что околоземные планетные системы относительно распространены (по состоянию на октябрь 2013 года космический аппарат обнаружил семь околоземных планет из примерно 1000 затмевающие двоичные файлы искал). Одно удивительное открытие заключается в том, что, хотя половина двойных систем имеет орбитальный период 2,7 дня или меньше, ни одна из двойных систем с околоземными планетами не имеет периода меньше 7,4 дня. Еще одно удивительное открытие Кеплера заключается в том, что окружные планеты имеют тенденцию вращаться вокруг своих звезд вблизи критического радиуса нестабильности (теоретические расчеты показывают, что минимальное стабильное расстояние примерно в два-три раза больше расстояния между звездами).[29]

В 2014 году на основе статистических исследований поиска звезд-компаньонов был сделан вывод, что около половины звезд-хозяев экзопланет имеют звезду-компаньон, обычно в пределах 100 а.е.[30][31] Это означает, что многие звезды-хозяева экзопланет, которые считались одиночными, являются двойными, поэтому во многих случаях неизвестно, какой из звезд на самом деле вращается планета, а опубликованные параметры транзитных планет могут быть значительно неверными, поскольку радиус планеты и расстояние от звезды получены из звездных параметров. Последующие исследования с визуализацией (например, спекл-визуализация ) необходимы, чтобы найти или исключить товарищей (и радиальная скорость потребуются методы для обнаружения очень близких друг к другу двойных), а это еще не было сделано для большинства звезд-хозяев экзопланет. Примеры известных двойных звезд, для которых неизвестно, какая из звезд орбиты планеты Кеплер-132 и Кеплер-296,[32] хотя исследование 2015 года показало, что планеты Кеплер-296, вероятно, вращаются вокруг более яркой звезды.[33]

Открытые кластеры

Большинство звезд формируется в открытые кластеры, но очень мало планет было обнаружено в рассеянных скоплениях, и это привело к гипотезе о том, что среда открытого скопления препятствует формирование планеты. Однако исследование 2011 г. пришло к выводу, что было проведено недостаточное количество обследований кластеров, чтобы сделать такую ​​гипотезу.[34]Отсутствие обзоров объясняется тем, что в Млечном Пути относительно мало подходящих рассеянных скоплений. Недавние открытия обеих планет-гигантов[35] и маломассивные планеты[36] в рассеянных скоплениях согласуются с тем, что частота встречаемости планет в рассеянных скоплениях такая же, как и у звезд поля.

В открытый кластер NGC 6811 содержит две известные планетные системы Кеплер-66 и Кеплер-67.

Возраст

Астеросейсмология

Звездная активность

Рекомендации

  1. ^ а б Для целей этой статистики 1 из 5 "подобный солнцу" означает Звезда G-типа. Данных о звездах типа Солнца не было, поэтому эта статистика является экстраполяцией данных о Звезды К-типа
  2. ^ а б Для целей этой статистики 1 из 5, размер Земли означает 1-2 радиуса Земли.
  3. ^ Для целей этой статистики 1 из 5 «обитаемая зона» означает область, в которой поток звезд на 0,25–4 раза больше земного (соответствует 0,5–2 а.е. для Солнца).
  4. ^ Преобразование логарифмической шкалы [м / ч] в число, кратное солнечной металличности: [(10−0.6 ≈ 1/4), (100.5 ≈ 3)]
  1. ^ а б Cassan, A .; Кубас, Д .; Beaulieu, J. P .; Доминик, М; и другие. (2012). «Одна или несколько связанных планет на одну звезду Млечного Пути по наблюдениям с помощью микролинзирования». Природа. 481 (7380): 167–169. arXiv:1202.0903. Bibcode:2012Натура.481..167C. Дои:10.1038 / природа10684. PMID  22237108.
  2. ^ а б Марси, G .; и другие. (2005). «Наблюдаемые свойства экзопланет: массы, орбиты и металличности». Приложение "Прогресс теоретической физики". 158: 24–42. arXiv:астро-ф / 0505003. Bibcode:2005PThPS.158 ... 24M. Дои:10.1143 / PTPS.158.24. Архивировано из оригинал на 2008-10-02. Получено 2020-05-07.
  3. ^ Частота обращения горячих юпитеров вокруг звезд солнечного типа, Дж. Т. Райт, Г. В. Марси, А. В. Ховард, Джон Ашер Джонсон, Т. Мортон, Д. А. Фишер (отправлено 10 мая 2012 г.)
  4. ^ а б c Эндрю Камминг; Р. Пол Батлер; Джеффри В. Марси; и другие. (2008). «Поиск планет Кека: обнаруживаемость и распределение по минимальной массе и периоду обращения внесолнечных планет». Публикации Тихоокеанского астрономического общества. 120 (867): 531–554. arXiv:0803.3357. Bibcode:2008PASP..120..531C. Дои:10.1086/588487.
  5. ^ Расположение планет в пределах 0,25 а.е. от звезд солнечного типа от Кеплера, Эндрю В. Ховард и др. (Отправлено 13 марта 2011 г.)
  6. ^ Амос, Джонатан (19 октября 2009 г.). «Ученые объявляют планету щедростью». Новости BBC. Получено 2010-03-31.
  7. ^ Дэвид П. Беннетт; Джей Андерсон; Ян А. Бонд; Анджей Удальский; и другие. (2006). «Идентификация звезды-носителя планет OGLE-2003-BLG-235 / MOA-2003-BLG-53». Письма в астрофизический журнал. 647 (2): L171 – L174. arXiv:Astro-ph / 0606038. Bibcode:2006ApJ ... 647L.171B. Дои:10.1086/507585.
  8. ^ Сандерс, Р. (4 ноября 2013 г.). «Астрономы отвечают на ключевой вопрос: насколько распространены обитаемые планеты?». newscenter.berkeley.edu. Архивировано из оригинал 7 ноября 2014 г.. Получено 7 января 2020.
  9. ^ Petigura, E.A .; Howard, A. W .; Марси, Г. В. (2013). «Преобладание планет размером с Землю, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу». Труды Национальной академии наук. 110 (48): 19273. arXiv:1311.6806. Bibcode:2013ПНАС..11019273П. Дои:10.1073 / pnas.1319909110.
  10. ^ Bonfils, X .; и другие. (2005). «HARPS ищет южные внесолнечные планеты: VI. Планета массой Нептуна вокруг ближайшего карлика M Gl 581». Астрономия и астрофизика. 443 (3): L15 – L18. arXiv:astro-ph / 0509211. Bibcode:2005A & A ... 443L..15B. Дои:10.1051/0004-6361:200500193.
  11. ^ а б Извлеченные звезды A и их спутники: экзопланеты, вращающиеся вокруг трех субгигантов средней массы, Джон А. Джонсон, Дебра А. Фишер, Джеффри В. Марси, Джейсон Т. Райт, Питер Дрисколл, Р. П. Батлер, Саския Хеккер, Сабина Рефферт, Стивен С. Фогт, 19 апреля 2007 г.
  12. ^ Л. Ву (3 октября 2006 г.). «Планеты предпочитают безопасные окрестности». Научный центр Спитцера. Архивировано из оригинал 13 июля 2007 г.. Получено 2007-09-01.
  13. ^ Ограничения на планеты, вращающиеся вокруг массивных звезд, по времени радиопульсаров В архиве 2015-06-22 на Wayback Machine, Торсетт, С. Дьюи, Р.Дж. 16 сентября 1993 г.
  14. ^ Судьба запасной материи вокруг новорожденных компактных объектов, Розальба Перна, Пол Даффелл, Маттео Кантиелло, Эндрю Макфадьен (отправлено 17 декабря 2013 г.)
  15. ^ Дж. А. Джонсон (2011). «Звезды, вмещающие планеты». Небо и телескоп (Апрель): 22–27.
  16. ^ Зависимое от звездной массы падение частоты появления планет, Гийс Д. Малдерс, Илария Паскуччи, Даниэль Апай (отправлено 28 июня 2014 г.)
  17. ^ Выживаемость изгнанных планет земного типа с лунами Дж. Х. Дебес, С. Сигурдссон
  18. ^ Buchhave, L.A .; и другие. (2012). «Обилие небольших экзопланет вокруг звезд с широким диапазоном металличностей». Природа. Bibcode:2012Натура.486..375Б. Дои:10.1038 / природа11121.
  19. ^ Выявление универсальной корреляции между планетами и металличностью для планет разного размера вокруг звезд солнечного типа, Джи Ван, Дебра А. Фишер (отправлено 29 октября 2013 г. (v1), последняя редакция - 16 октября 2014 г. (эта версия, v3))
  20. ^ Израильский, G .; и другие. (2009). «Повышенное истощение лития в звездах, подобных Солнцу, с вращающимися вокруг планет». Природа. 462 (7270): 189–191. arXiv:0911.4198. Bibcode:2009Натура.462..189I. Дои:10.1038 / природа08483. PMID  19907489. ... подтверждают своеобразное поведение Li в диапазоне эффективных температур 5600–5900 K ... Мы обнаружили, что огромное большинство звезд-хозяев планет сильно обеднены литием ... При более высоких и более низких температурах звезды-хозяева планет не появляются показывать какое-либо своеобразное поведение в их изобилии Li.
  21. ^ Baumann, P .; Рамирес, I .; и другие. (2010). «Истощение лития в звездах, подобных Солнцу: отсутствие связи с планетами». Астрономия и астрофизика. 519: A87. Дои:10.1051/0004-6361/201015137. ISSN  0004-6361.
  22. ^ Рамирес, I .; Fish, J. R .; и другие. (2012). «Содержание лития в близлежащих карликовых и субгигантских звездах FGK: внутреннее разрушение, химическая эволюция галактик и экзопланеты». Астрофизический журнал. 756 (1): 46. Дои:10.1088 / 0004-637X / 756/1/46. HDL:2152/34872. ISSN  0004-637X.
  23. ^ Figueira, P .; Faria, J. P .; и другие. (2014). «Хозяева экзопланеты обнаруживают истощение запасов лития». Астрономия и астрофизика. 570: A21. Дои:10.1051/0004-6361/201424218. ISSN  0004-6361.
  24. ^ Delgado Mena, E .; Израильский, G .; и другие. (2014). «Истощение лития в солнечных аналогах с экзопланетами». Астрономия и астрофизика. 562: A92. Дои:10.1051/0004-6361/201321493. ISSN  0004-6361.
  25. ^ Звездная множественность, Гаспар Дюшен (1,2), Адам Краус (3) ((1) Калифорнийский университет в Беркли, (2) Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, (3) Harvard-Smithsonian CfA), (отправлено 12 марта 2013 г.)
  26. ^ БИНАРНЫЙ КАТАЛОГ ЭКЗОПЛАНЕТОВ В архиве 2014-10-31 на Wayback Machine, Поддерживается Ричардом Шварцем], получено 28 сентября 2013 г.
  27. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал в 2015-09-19. Получено 2020-01-07.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  28. ^ Шварц, Ричард; Базсо, Акос (2019). «Каталог экзопланет в двойных звездных системах». Дои:10.1093 / mnras / stw1218. Получено 2020-08-02.
  29. ^ Валлийский, Уильям Ф .; Дойл, Лоранс Р. (2013). «Миры с двумя солнцами». Scientific American. 309 (5): 40. Дои:10.1038 / Scientificamerican1113-40.
  30. ^ Одна планета, две звезды: система более распространенная, чем считалось ранее В архиве 2014-10-31 на Wayback Machine, www.universetoday.com, Шеннон Холл, 4 сентября 2014 г.
  31. ^ Большинство звёзд, являющихся кандидатами в хозяева экзопланеты Кеплера, суб-дуговые секунды связаны гравитацией, Эллиот П. Хорч, Стив Б. Хауэлл, Марк Эверетт, Дэвид Р. Чиарди, 3 сентября 2014 г.
  32. ^ Валидация кандидатов на множественные планеты Кеплера. II: Уточненная статистическая основа и описание систем особого интереса, Джек Дж. Лиссауэр, Джеффри В. Марси, Стивен Т. Брайсон, Джейсон Ф. Роу, Дэниел Джонтоф-Хаттер, Эрик Агол, Уильям Дж. Боруки, Джошуа А. Картер, Эрик Б. Форд, Рональд Л. Гиллиланд, Ри Колбл, Кимберли М. Стар, Джейсон Х. Стеффен, Гильермо Торрес (отправлено 25 февраля 2014 г.)
  33. ^ Все пять планет в двоичной системе Kepler-296 вращаются вокруг основной оси: статистический и аналитический анализ, Томас Барклай, Элиза В. Кинтана, Фред С. Адамс, Дэвид Р. Чиарди, Дэниел Хубер, Дэниел Форман-Макки, Бенджамин Т. Монтет, Дуглас Колдуэлл, 7 мая 2015 г.
  34. ^ Ансамблевой анализ обзоров прохождения рассеянных скоплений: верхние пределы частоты короткопериодических планет, соответствующие полю, Дженнифер Л. ван Садерс, Б. Скотт Гауди (отправлено 15 сентября 2010 г.)
  35. ^ Три планетных спутника вокруг звезды M67, А. Брукаласси (1,2), Л. Паскини (3), Р. Салья (1,2), М. Т. Руис (4), П. Бонифачо (5), Л. Р. Бедин (6), К. Бьяццо (7), К. . Melo (8), C. Lovis (9), S. Randich (10) ((1) MPI Munich, (2) UOM-LMU Munchen, (3) ESO Garching, (4) Astron. Dpt. Univ. De Чили, (5) GEPI Paris, (6) INAF-OAPD, (7) INAF-OACT, (8) ESO Santiago, (9) Obs. De Geneve, (10) INAF-OAFI) (представлено 20 января 2014 г.)
  36. ^ Одна и та же частота планет внутри и вне рассеянных скоплений звезд, Сорен Мейбом, Гильермо Торрес, Франсуа Фрессен, Дэвид У. Лэтэм, Джейсон Ф. Роу, Дэвид Р. Сиарди, Стивен Т. Брайсон, Лесли А. Роджерс, Кристофер Э. Хенце, Кеннет Джейнс, Сидней А. Барнс, Джеффри В. Марси, Ховард Айзексон, Дебра А. Фишер, Стив Б. Хауэлл, Эллиот П. Хорч, Джон М. Дженкинс, Саймон С. Шулер и Джастин Крепп Nature 499, 55– 58 (4 июля 2013 г.) doi: 10.1038 / nature12279 Получено 6 ноября 2012 г. Принято 2 мая 2013 г. Опубликовано в сети 26 июня 2013 г.