Circumbinære skibbrude:Kortvarige binære systemer kan udskyde kredsende verdener

Planeter, der kredser om "kort periode" binære stjerner, eller stjerner låst i tæt kredsløb, kan blive slynget ud i rummet som en konsekvens af deres værtsstjerners udvikling, ifølge ny forskning fra University of Washington.

Resultaterne hjælper med at forklare, hvorfor astronomer har opdaget få cirkumbinære planeter - som kredser om stjerner, der igen kredser om hinanden - på trods af at de har observeret tusindvis af kortsigtede binære stjerner, eller dem med omløbsperioder på 10 dage eller mindre.

Det betyder også, at sådanne binære stjernesystemer er et dårligt sted at sigte kommende jord- og rumbaserede teleskoper for at lede efter beboelige planeter og liv hinsides Jorden.

Der er flere forskellige typer af binære stjerner, såsom visuelle og spektroskopiske binære filer, opkaldt efter de måder, astronomer er i stand til at observere dem på. I et papir, der er accepteret til udgivelse i Astrofysisk tidsskrift , hovedforfatter David Fleming, en UW astronomi doktorand, undersøgelser, der formørker binære filer, eller dem, hvor orbitalplanet er så tæt på sigtelinjen, begge stjerner ses krydse foran hinanden. Fleming vil præsentere papiret på Division on Dynamical Astronomy-konferencen 15.-19. april.

Når formørkende binære filer kredser tæt om hinanden, inden for omkring 10 dage eller mindre, Fleming og medforfattere undrede sig, har tidevandet – de tyngdekræfter, som hver især udøver på hinanden – "dynamiske konsekvenser" for stjernesystemet?

"Det er faktisk, hvad vi fandt" ved hjælp af computersimuleringer, sagde Fleming. Tidevandskræfter transporterer vinkelmomentum fra stjernens rotationer til banerne. De bremser stjernens rotationer, udvide omløbsperioden."

Denne overførsel af vinkelmoment får banerne til ikke kun at forstørre, men også til at cirkulere, forvandles fra at være excentrisk, eller fodboldformet, at perfektionere cirkler. Og over meget lange tidsskalaer, de to stjerners spin bliver også synkroniseret, som månen er med jorden, hvor hver for evigt viser det samme ansigt til den anden.

Den ekspanderende stjernebane "opsluger planeter, der oprindeligt var sikre, og så er de ikke længere sikre – og de bliver smidt ud af systemet, " sagde Rory Barnes, UW assisterende professor i astronomi og medforfatter på papiret. Og udstødningen af ​​en planet på denne måde kan forstyrre andre kredsende verdeners kredsløb i en slags kaskadeeffekt, i sidste ende også at sende dem ud af systemet.

At gøre tingene endnu vanskeligere for cirkumbinære planeter er, hvad astronomer kalder et "ustabilt område", skabt af de to stjerners konkurrerende tyngdekraft. "Der er en region, som du bare ikke kan krydse - hvis du går derind, du bliver smidt ud af systemet, " sagde Fleming. "Vi har bekræftet dette i simuleringer, og mange andre har også studeret regionen."

Dette kaldes "den dynamiske stabilitetsgrænse". Den bevæger sig udad, når stjernekredsløbet øges, omslutter planeter og gør deres kredsløb ustabile, og i sidste ende smide dem ud af systemet.

En anden spændende egenskab ved sådanne binære systemer, opdaget af andre gennem årene, Fleming sagde, er, at planeter har en tendens til at kredse lige uden for denne stabilitetsgrænse, at "hobe sig op" der. Hvordan planeter kommer til regionen er ikke helt kendt; de kan dannes der, eller de kan migrere indad fra længere ude i systemet.

Ved at anvende deres model på kendte kortperiode-binære stjernesystemer, Fleming og medforfattere fandt ud af, at denne stjerne-tidevandsudvikling af binære stjerner fjerner mindst én planet i 87 procent af multiplanet cirkumbinære systemer, og ofte mere. Og selv dette er sandsynligvis et konservativt skøn; Barnes sagde, at tallet kan være så højt som 99 procent.

Forskerne har døbt processen Stellar Tidal Evolution Ejection of Planets, eller STEIL. Fremtidige påvisninger - "eller ikke-detekteringer" - af cirkumbinære omkring kortperiode-binære stjerner, forfatterne skriver, vil "give den bedste indirekte observationstest af STEEP-processen.

Det korteste periode dobbeltstjernesystem, omkring hvilket en cirkumbinær planet er blevet opdaget, var Kepler 47, med en periode på omkring 7,45 dage. Medforfatterne foreslår, at fremtidige undersøgelser, der søger at finde og studere muligvis beboelige planeter omkring kortsigtede binære stjerner, bør fokusere på dem med længere omløbsperioder end omkring 7,5 dage.

Fleming og Barnes' medforfattere er UW astronomiprofessor Tom Quinn, post-doc forsker Rodrigo Luger og bachelorstuderende David E. Graham. Dette arbejde brugte lager- og netværksinfrastruktur leveret af Hyak-supercomputersystemet på UW, finansieret af UW's Student Technology Fee.

Hvad angår beboelighed og søgen efter liv, Fleming sagde, at planeter, der kredser om kortsigtede, formørkende binære filer, ellers kunne være attraktive mål for nærmere undersøgelse, med deres kant-på-vinkel, der viser formørkelser, og mere, til den fjerne seer.

"Men denne mekanisme har en tendens til at dræbe dem, " tilføjede han. "Så, det er ikke et godt sted at kigge."