Måske er ultravarme Jupiters alligevel ikke så dømt

Ultra-hot Jupiters (UHJs) er nogle af de mest fascinerende astronomiske objekter i kosmos, klassificeret som havende omløbsperioder på mindre end cirka tre dage med dagtemperaturer på over 1.930 °C (3.500 °F), da de fleste er tidevandslåst med deres forældrestjerner.

Men vil disse ekstremt tætte baner resultere i orbitalt henfald for UHJ'er i sidste ende dømme dem til at blive slugt af deres stjerne, eller kan nogle kredse på lang sigt uden bekymring? Dette er, hvad en nylig undersøgelse postede til arXiv preprint-server og accepteret til Planetary Science Journal håber at adressere.

Holdet af internationale forskere undersøgte potentielle orbitale henfald for adskillige UHJ'er, som rummer potentialet til ikke kun at hjælpe astronomer med bedre at forstå UHJ'er, men også dannelsen og udviklingen af ​​exoplaneter generelt.

Her diskuterer vi denne forskning med undersøgelsens hovedforfatter, Dr. Elisabeth Adams, som er seniorforsker ved Planetary Science Institute, vedrørende motivationen bag undersøgelsen, væsentlige resultater, opfølgende undersøgelser og vigtigheden af ​​at studere orbital henfald for UHJ'er og UHJ'er, samlet set.

Så hvad var motivationen bag denne undersøgelse angående det orbitale henfald af UHJ'er?

"Lige siden den første exoplanet, 51 Peg b aka Dimidium, blev annonceret i en 4-dages kredsløb, har videnskabsmænd været dybt bekymrede over langtidsstabiliteten af ​​disse gigantiske planeter," siger Dr. Adams til Universe Today.

"Vi har i et stykke tid vidst, at objekter på størrelse med Jupiter ikke kan eksistere med kredsløb kortere end omkring 19 timer (det er Roche-grænsen), men selv gigantiske planeter med kredsløb på få dage er ustabile på lang sigt, fordi Tidevandskræfter vil ubønhørligt få deres baner til at henfalde Det store ubekendte er, hvad 'langsigtet' betyder:Vil planeten forfalde, mens stjernen stadig er på hovedsekvensen, eller vil processen tage så lang tid, at stjernen dør først?

Til undersøgelsen brugte forskerne en kombination af jord- og rumbaserede teleskoper til at udføre stjernefotometri og exoplanet lyskurveanalyser af 43 UHJ'er med omløbsperioder fra 0,67 dage (TOI-2109 b) til 3,03 dage (TrES-1 b) ) med det mål at fastslå deres omløbsperiodes ændringshastighed (dvs. stigende omløbsperiode eller faldende omløbsperiode [orbital henfald]) målt i millisekunder pr. år (ms/år).

Denne undersøgelse bestod af både tidligere målte og nye transitlyskurvedata, hvor holdet udførte nogle beregninger for at bestemme omløbsperiodens ændringshastighed for hver af de 43 UHJ'er. Derudover har mere end halvdelen af ​​de 43 UHJ'er til denne undersøgelse observationsdata på mere end et årti med en over 20 års data (WASP-18 b efter 32 år). Så hvad var de mest signifikante resultater fra denne undersøgelse?

Dr. Adams fortæller til Universe Today, "Det interessante er ikke kun, at denne undersøgelse ikke fandt nogen nye tilfælde af orbital henfald, men også at vi begynder at se adskillige størrelsesordensforskelle i, hvor lang tid orbitalt henfald tager.

"De to bedste tilfælde for henfaldende planeter (WASP-12 b og Kepler-1658 b) henfalder med hastigheder, der er>10-1.000 gange hurtigere end de planeter, som vi ikke finder henfald omkring (f.eks. WASP-18 b, WASP-19b og KELT-1b); hvis de sidstnævnte planeter forfaldt lige så hurtigt som WASP-12 b, ville vi helt sikkert have opdaget det nu."

Som nævnt hjalp denne omfattende undersøgelse med at identificere nye oplysninger om UHJ'ers orbitale henfald, specifikt vedrørende manglen på orbital henfald for de fleste af dem, hvilket betyder, at nogle baner potentielt kan være stabile på lang sigt på trods af, at de kredser ekstremt tæt på deres respektive forælder. stjerner.

Derudover hjalp det med at udfordre tidligere målinger vedrørende orbital henfald af visse UHJ'er, hvilket kunne hjælpe astronomer med bedre at forstå dannelsen og udviklingen af ​​UHJ'er i hele universet. Hvilke opfølgende undersøgelser er derfor i gang eller under planlægning i betragtning af undersøgelsens omfang?

Dr. Adams siger:"Vi bliver bare nødt til at blive ved med at lede! Dette papir er det første fra vores undersøgelse og dækker kun omkring halvdelen af ​​de kendte UHJ'er, hvoraf flere bliver ved med at blive fundet; blandt vores mål er halvdelen af ​​dem er ikke blevet observeret længe nok, eller med nok transitter, til at sige, om selv meget hurtigt kredsløbsforfald sker.>

"Teoretikere arbejder også hårdt på at forklare, hvordan stjernens alder og struktur bidrager til forskellige henfaldshastigheder, selvom den høje usikkerhed mellem teoretiske modeller er grunden til, at jeg godt kan lide at kunne måle nedbrydningshastigheden empirisk."

At studere kredsløbsforfald er afgørende for bedre at forstå, både hvis og hvornår to astronomiske objekter vil kollidere med hinanden, inklusive en planet og dens satellit (oftest en måne), en stjerne og en anden planet eller komet, der kredser om den (hvilket resulterer i sidstnævntes forbrænding) , en stjerne og en anden stjerne (som resulterer i gravitationsbølger eller gammastråleudbrud) og eventuelle astronomiske objekter, der kredser om hinanden (binært system).

For Jorden har måling af orbitalt henfald været afgørende for at lære, hvornår kunstige satellitter kunne brænde op i vores planets atmosfære. Men hvad angår exoplaneter, hvad er så vigtigheden af ​​at studere kredsløbshenfald for UHJ'er, og er de begrænset til kun UHJ'er?

"Tidevandsfald er vigtigst for store planeter," siger Dr. Adams. "Skørt nok er planeter på størrelse med Jorden blevet fundet i kredsløb så korte som 4 timer og er alligevel forudsagt at være tidevandsstabile i mange milliarder år. (Jeg har tidligere offentliggjort arbejde om disse mindre planeter med ultrakort periode.) Jo større planeten og jo tættere den er på stjernen, jo stærkere tidevandseffekter, og jo hurtigere vil kredsløbet henfalde."

UHJ'er er uofficielt udpeget som en underklasse af "varme" Jupitere. Ligesom denne undersøgelse er tidligere UHJ'er også blevet undersøgt ved hjælp af en kombination af jord- og rumbaserede teleskoper. Som nævnt af Dr. Adams undersøgte denne undersøgelse cirka halvdelen af ​​de kendte UHJ'er, hvilket betyder, at der er cirka 100 kendte UHJ'er, der befolker kosmos.

Som også bemærket, er de fleste UHJ'er tidevandslåst med deres moderstjerne, hvilket betyder, at den ene side konstant vender mod stjernen gennem hele dens kredsløb med de brændende dagtemperaturer, der får molekyler til at bryde fra hinanden og rekombinere på natsiden. Disse egenskaber gør UHJs til nogle af de mest spændende og mystiske astronomiske objekter, der skal studeres. Men hvad er vigtigheden af ​​at studere UHJ'er generelt?

"Ultra-hot Jupiters giver os mulighed for at måle en fundamental egenskab ved stjerner (tidevandskvalitetsfaktoren, som bestemmer henfaldshastigheden)," siger Dr. Adams. "Modellering af deres fortid og fremtid giver os mulighed for at forfine vores teorier om planetdannelse og migration. Nogle af dem er måske også ved at miste deres atmosfære, hvilket vi kan se efter.

"De er også nogle af de nemmeste planeter at observere, fordi de er store og varme og tæt på deres stjerne og udgør fremragende mål for både højpræcisionsobservationer (f.eks. atmosfæriske undersøgelser med JWST) og outreach (de er fremragende mål for interesserede amatører) med anstændige teleskoper)."

Denne undersøgelse kommer, mens NASA og andre rumagenturer rundt om i verden fortsætter med at opdage exoplaneter i en utrolig hastighed, hvor NASA viser antallet af bekræftede exoplaneter på 5.630, når dette skrives. Af dette antal er 1.805 klassificeret som gasgiganter (på størrelse med Saturn eller Jupiter), med utallige antal af disse verdener, der kredser om deres moderstjerner på blot et par dage eller mindre.

Efterhånden som vores forståelse af exoplaneter fortsætter med at udvide sig, vil vores forståelse af UHJ'er også vokse, herunder deres dannelse og udvikling, sammen med dannelsen og udviklingen af ​​deres moderstjerner.

"Mit motto for at studere exoplaneter er at forvente det uventede," siger Dr. Adams. "Selv efter tre årtiers observationer bliver vi ved med at finde planeter på uventede steder, der laver mærkelige ting, og så lærer vi en masse om universet ved at finde ud af, hvad de laver og hvorfor. Holder dig bestemt på tæerne!"