Až třetina hvězd pojídá své planety

V posledních letech astronomové vyvinuli techniky, které umožňují měřit obsah kovů ve hvězdách s mimořádnou přesností. Díky této možnosti zkoumali sourozenecké hvězdy, aby zjistili, jak se liší jejich metalicita. Některé z těchto sourozeneckých hvězd se v tomto ohledu výrazně liší. Nový výzkum ukazuje, že za to mohou hvězdy pohlcující kamenné planety.

Sourozenecké hvězdy se rodí ve stejném obřím molekulárním mračnu (GMC – Giant Molecular Clouds), ačkoliv nemusí být nutně ve vzájemném binárním vztahu. Očekává se, že tyto hvězdy budou mít velmi podobnou metalicitu (tedy obsah prvků těžších než vodík a helium), přestože žádné GMC není zcela homogenní a u hvězd, které vznikají společně, jsou běžné malé rozdíly. Pokud jsou však rozdíly výrazné, musí existovat nějaké jiné vysvětlení.

Nový výzkum s názvem „Metal pollution in Sun-like stars from destruction of ultra-short-period planets“ naznačuje, že zdrojem těchto nesrovnalostí jsou kamenné planety. Autory jsou Christopher O'Connor z Northwestern University a Dong Lai z Cornell University. Výzkum je na preprintovém serveru arxiv.org a byl zaslán do časopisů AAS – American Astronomical Society.

„Podrobné studie chemického složení hvězdných dvojic – hvězd se společným původem – odhalily nečekaně velké rozdíly v zastoupení žáruvzdorných prvků,“ píší autoři a označují to jako znečištění podle podobného jevu, který se děje u bílých trpaslíků. Zdrojem tohoto znečištění jsou kamenné planety, které jsou bohaté na kovy.

Exoplanety s velmi krátkou periodou (USP – Ultra-short-period) obíhají kolem svých hvězd velmi blízko a obvykle absolvují jeden oběh za pouhých několik hodin. Mají podobné složení jako Země a zřídkakdy jsou více vzdáleny od hvězdy. Jejich původ není jasný. Mohly se zformovat ve větší vzdálenosti a poté migrovat blíže ke své hvězdě, nebo se může jednat o pozůstatky mnohem větších planet, které ztratily atmosféru v důsledku záření mateřské hvězdy.

Exoplanety USP nejsou příliš časté. Má je jen asi 0,5 % hvězd podobných Slunci. Jsou velmi horké, takže jejich povrch je roztavený, a jsou slapově vázány na své hvězdy. Ačkoliv jsou neobvyklé, mohou vznikat ve větším počtu a pak být svými hvězdami pohlceny.

„Krátkoperiodické exoplanety jsou potenciálně zranitelné vůči slapovým poruchám a pohlcení svými hostitelskými hvězdami,“ píší autoři. Výzkum ukazuje, že 3 až 30 % souputníků hvězd hlavní posloupnosti podobných Slunci (spektrální třída F, G a K) pohltilo kamenné planety o hmotnosti 1,0 až 10 Zemí.

K tomu může dojít mnoha způsoby. „V planetárních systémech je možné mnoho forem násilné dynamické evoluce, z nichž každá je potenciálně schopná nasměrovat planetu na hvězdu,“ píší O’Connor a Lai. Důkazy však ukazují, že nanejvýš asi 2 % jednotlivých hvězd FGK jsou znečištěna všemi násilnými mechanismy dohromady. Astronomové navrhli tři hlavní scénáře, kdy hvězdy mohou pohltit blízké planety.

Jedna se nazývá vysoce excentrická migrace. V tomto scénáři se USP planety velmi přiblíží ke své hvězdě v důsledku vysoké excentricity. Kvůli své blízkosti ke hvězdě a jejímu gravitačnímu působení planeta rychle ztrácí svou excentricitu a její dráha se stává kruhovou. Další je migrace s nízkou excentricitou. V tomto scénáři USP migruje ke své hvězdě pomaleji. Nízká migrace se vyskytuje v kompaktních systémech se třemi nebo více planetami, což pomáhá zmírnit její excentricitu. Třetím scénářem je migrace způsobená sklonem drah.

Autoři vyvinuli model, který předpovídá počet vznikajících USP planet a dobu, za kterou dojde k jejich pohlcení. Jejich model dokáže reprodukovat, jak nízký pozorovaný výskyt USP kolem hvězd podobných Slunci, tak jejich metalicitu. Výsledky hovoří ve prospěch scénáře migrace s nízkou excentricitou, kdy jsou USP součástí kompaktních systémů s více planetami.

„Zjistili jsme, že pohlcování USP planet je přirozeným důsledkem scénáře migrace. Spojitost mezi USP a pohlcenými kamennými planetami u hvězd podobných Slunci se proto zdá být pravděpodobná,“ píší autoři.
Jejich výsledky ukazují, že USP jsou pohlceny v době mezi 0,1 a 1 miliardou let po svém vzniku. Pokud je toto pohlcování hlavním zdrojem znečištění u hvězd podobných Slunci, existuje podle autorů souvislost mezi znečištěním a kompaktními systémy s více planetami. „Přibližně 5-10 % znečištěných hvězd by mělo mít tranzitující planetu o hmotnosti 5 hmotností Země a periodou ~ 4-12 dní,“ vysvětlují.

Známky zvýšené metalicity mohou v průběhu času slábnout. Kovy se mohou usadit ve hvězdě a signál zmizí. V závislosti na tom, jak je to účinné, by to mohlo znamenat, že naše představa o tom, kolik hvězd je znečištěno, je nepřesná. Mohlo by to znamenat, že více než 30 % hvězd podobných Slunci je znečištěno v důsledku pohlcení planety.

Zdroj: https://www.universetoday.com/169702/up-to-a-third-of-stars-ate-some-of-their-planets/

autor: František Martinek