Поиск в Плеядах: массивных планет на широких орбитах не найдено

Поискав и не обнаружив массивные (массой 6-12 масс Юпитера) планеты-гиганты у звезд, входящих в рассеянное звездное скопление Плеяды, японские астрономы получили верхний предел на распространенность таких планет – 17.9% на одну звезду. Другие оценки еще жестче.

Владислава Ананьева

Молодые массивные планеты-гиганты в течение десятков и сотен миллионов лет после своего формирования остаются достаточно горячими, чтобы их собственное тепловое излучение можно было зафиксировать крупнейшими наземными телескопами. Несколько таких планет уже открыто на снимках (например, планеты системы HR 8799 и гигант у звезды бета Живописца). Анализ распределения величины большой полуоси орбит у планет-гигантов позволит сделать выбор между двумя конкурирующими гипотезами образования таких планет: гипотезой аккреции на ядро и гипотезой гравитационной неустойчивости в протопланетном диске. 

Согласно гипотезе аккреции на ядро планеты-гиганты образуются в результате аккреции вещества протопланетного диска на «планетный эмбрион» массой в несколько масс Земли, состоящий из пыли и льдов; по этой теории планеты-гиганты образуются недалеко от снеговой линии (в Солнечной системе – на расстоянии 5-10 а.е. от Солнца). Согласно гипотезе гравитационной неустойчивости в протопланетном диске планеты-гиганты образуются в результате коллапса вещества диска и оказываются на широких (от нескольких десятков до сотен а.е.) орбитах. Поскольку планета может оказаться вдали от звезды и в результате миграции или планет-планетного рассеяния, очень важно собрать статистические данные о распространенности массивных планет на широких орбитах. 

Руководствуясь этими соображениями, большой коллектив японских астрономов провел поиск массивных планет на широких орбитах у звезд, входящих в рассеянное скопление Плеяды. Звезды, входящие в это скопление, имеют близкий возраст (~125 млн. лет), и удалены от нас примерно на одинаковое расстояние (~135 пк), что облегчает анализ данных.
Наблюдения велись на телескопе Субару с помощью инструмента HiCIAO в полосах H и K_s (ближний ИК-диапазон). 

В рамках своей наблюдательной программы японцы обнаружили 13 подозрительных объектов в окрестностях 9 звезд. Однако измерение собственного движения кандидатов показало, что 5 из них являются звездами фона, один объект вообще не нашли на новых снимках, еще 5 нуждаются в дальнейших наблюдениях. В результате авторы подтвердили два коричневых карлика, которые уже были известны ранее (оба с массами ~60 масс Юпитера). Новых планет (или других субзвездных объектов) обнаружить не удалось.

Глубина снимков, полученных в полосе H, достигала 20.3 видимой звездной величины. Исходя из этого, японские астрономы оценили эффективность своих поисков. По их мнению, проведенный обзор был способен обнаружить 90% планет с массами от 6 до 12 масс Юпитера, удаленных на 50-1000 а.е. от своих звезд. Из факта отсутствия таких планет был получен верхний предел на распространенность массивных планет на широких орбитах – 17.9% (с достоверностью 2 стандартных отклонения).

Этот результат согласуется и с другими подобными оценками. Так, Lafreniere с коллегами получил верхний предел на распространенность планет с массами 0.5-13 масс Юпитера на орбитах 50-250 а.е. в 9.3% на одну звезду. Аналогичный верхний предел (10%) был получен Chauvin для планет с массой больше массы Юпитера на орбитах 10-500 а.е. Наконец, Vigan с коллегами оценил количество планет с массами 3-14 масс Юпитера на орбитах 5-320 а.е. (для звезд ранних спектральных классов – от A0 до F5) в 8.7 ^+10.1/_-2.8 %. Судя по всему, массивные планеты-гиганты на широких орбитах действительно встречаются достаточно редко. 

Источник: http://arxiv.org/pdf/1306.3100.pdf