Эксцентричный Юпитер — это планета-гигант , вращающаяся вокруг своей звезды по эксцентричной орбите. [1] Эксцентричные Юпитеры могут лишить планетную систему возможности иметь в ней планеты, похожие на Землю (хотя не всегда иметь пригодные для жизни экзоспутники ), поскольку массивный газовый гигант с эксцентричной орбитой может выбросить все экзопланеты с массой Земли из пригодной для жизни зоны , если не из системы полностью.
Планеты Солнечной системы, за исключением Меркурия , имеют орбиты с эксцентриситетом менее 0,1. Однако две трети экзопланет, открытых в 2006 году, имеют эллиптические орбиты с эксцентриситетом 0,2 или более. [2] Типичная экзопланета с орбитальным периодом более пяти дней имеет медианный эксцентриситет 0,23. [3] Открытие этого типа экзопланет, вместе с горячими юпитерами , поставило под сомнение некоторые широко распространенные теории о формировании Солнечной системы.
Первая экзопланета, классифицированная как эксцентричный Юпитер, была подтверждена в 1996 году, вращаясь вокруг 16 Cygni. Первая экзопланета вокруг звезды главной последовательности была обнаружена в 51 Pegasi годом ранее. Небесные тела, вращающиеся вокруг 16 Cygni и 70 Virginis с эксцентриситетом орбит более 0,5, изначально считались коричневыми карликами, до более точных измерений их масс. [ необходима цитата ]
Были предложены различные теории о происхождении орбит с большим эксцентриситетом по сравнению с планетами Солнечной системы, которые можно смоделировать и проанализировать с помощью компьютерного моделирования . Одна из моделей, называемая «моделью рогатки», описывает такие орбиты в случае с горячим Юпитером в многопланетной системе.
В любой планетной системе орбита планеты изначально близка к идеальной окружности, но если есть три или более газовых гигантских планет, ее орбита, вероятно, исказится через определенный промежуток времени. В некоторых случаях одна планета может быть выброшена из системы, а оставшиеся планеты попадут на орбиты с очень высоким эксцентриситетом.
Это связано с тем, что энергия, которой обмениваются три планеты во время их обращения, концентрируется на определенной планете. Это явление почти всегда происходит через определенный период времени, [ quantify ], но когда в солнечной системе есть только одна или две гигантские газовые планеты (то есть только Юпитер и Сатурн), система более стабильна в течение жизни звезды главной последовательности, и такая планета практически стабильна на круговой орбите. Поэтому есть расчетный результат, что каждая планета остается на круговой орбите полупостоянно в солнечной системе. И наоборот, если есть три или более гигантских газовых планет, «фиксированный период» будет сильно зависеть от массы и орбитального расстояния планет. Если массивная планета имеет узкое орбитальное расстояние, этот период будет короче, чем жизнь звезды, и орбитальное пересечение произойдет вскоре после формирования планетной системы.
Другая теория предполагает, что взаимодействие между гигантскими планетами и протопланетными дисками может увеличивать эксцентриситет. [4] Однако с помощью этого механизма трудно объяснить эксцентричную планету с эксцентриситетом, превышающим 0,4. [5] Кроме того, если планета вращается вокруг звезды, принадлежащей звездной системе , гравитация звезды -компаньона может увеличивать орбитальный эксцентриситет. [6]
Было высказано предположение, что горячие юпитеры, орбиты которых имеют гораздо меньшие большие полуоси , эволюционируют из газовых гигантов на орбитах с высоким эксцентриситетом. Например, эксцентричный юпитер может иметь вытянутую эллиптическую орбиту с перицентром около 0,05 а.е. и испытывать приливное торможение при максимальном сближении со своей звездой. В результате планета переходит на примерно круговую орбиту с большой полуосью, сопоставимой с ее первоначальным перицентром, и, таким образом, получает больший поток излучения на протяжении всей своей орбиты. Например, эксцентричная планета HD 80606 b имеет чрезвычайно эллиптическую орбиту с расстоянием перицентра 0,03 а.е. и расстоянием апоцентра 0,87 а.е. и может быть небесным телом, которое переходит в горячий юпитер с радиусом орбиты 0,03 а.е.
Ограничением этой модели является то, что приливные силы быстро ослабевают на больших орбитальных расстояниях (обратно пропорционально кубу расстояния), требуя, чтобы планета находилась на орбите ближе к главной звезде в течение более длительного периода времени, чтобы испытать достаточное торможение. Например, если другая гигантская планета имеет более далекую орбиту, чем небесное тело, которое эволюционирует в горячий Юпитер, ее гравитация изменит расстояние перицентра внутренней планеты, и если потенциально эволюционирующее тело имеет стабильную орбиту со слишком далеким перицентром, приливная сила будет почти неэффективна. Кроме того, горячие Юпитеры были обнаружены на немного более далеких орбитах — с полуосями не менее 0,1 а.е. — но для их объяснения нужна другая модель.
Некоторые из обнаруженных «эксцентричных планет» на самом деле могут быть несколькими планетами с почти круговыми орбитами. [7] [8] Большинство эксцентричных планет были зарегистрированы на основе измерений лучевой скорости с использованием доплеровской спектроскопии, с помощью которой эксцентриситет можно измерить напрямую. В случае, когда планета находится на круговой орбите, картина флуктуации лучевой скорости представляет собой простую синусоидальную кривую , но в случае эллиптической орбиты она отклоняется от синусоиды и распознается как эксцентричная планета. Однако такая искаженная форма волны может также возникать из-за синтеза флуктуаций лучевой скорости ( волновая интерференция ), вызванных несколькими планетами. Эти два типа невозможно различить, если выборка лучевой скорости недостаточна (количество раз мало, может быть охвачена только часть орбитального периода и т. д.). В этой ситуации предпочтительнее, чтобы простейшая модель, которая может воспроизвести наблюдения, была одной эксцентричной планетой, а не многопланетной системой.
Из-за этих обстоятельств есть случаи, когда наблюдения, изначально приписываемые эксцентричной планете, вместо этого были связаны с многопланетной системой с планетами на орбитах с низким эксцентриситетом, из-за накопления наблюдений и усовершенствований аналитических методов. Например, исследование, которое повторно рассмотрело 82 планетные системы, которые, как предполагалось, имели одну эксцентричную планету в 2013 году, показало, что многопланетные модели были более точными, чем модели с одной планетой; было сообщено о девяти многопланетных системах. [9]
Ситуация, когда путают множественные планетные системы и эксцентричные планеты, скорее всего, возникнет в случаях, когда искажение формы волны относительно невелико, например, когда эксцентриситет составляет 0,5 или меньше при интерпретации как одной планеты. С другой стороны, планета с орбитальным эксцентриситетом 0,5 или больше вряд ли будет ошибочно принята за многопланетную систему .
Это список эксцентричных Юпитеров: [2]