Моделирование показало, как звездные сближения порождают планеты-сироты со спутниками

Международная группа астрофизиков провела масштабное численное моделирование, чтобы выяснить, как образуются свободно летящие планеты со спутниками. Такие объекты могут возникать при тесных гравитационных взаимодействиях между звездами, когда планеты и их луны выбрасываются в межзвездное пространство.

В ходе работы ученые рассчитали вероятности удержания спутников и сечения выброса для планет и систем планета-луна при различных параметрах орбит. Для этого были проведены эксперименты по рассеянию на сетке значений орбитального разделения планеты и луны, с усреднением по всем остальным начальным параметрам.

Результаты показали, что вероятность выброса планеты вместе с луной зависит от большой полуоси спутника. Луны, находящиеся на расстоянии до 0,4 радиуса Хилла от планеты, имеют высокие шансы сохраниться при звездном сближении. При большем удалении спутники с высокой вероятностью теряются, а их орбиты становятся сильно возмущенными.

Интересно, что звездные сближения сохраняют спутники гораздо эффективнее, чем сценарий рассеяния планета-планета. Для выживших лун на орбитах менее 0,4 радиуса Хилла характерны почти круговые и слабонаклоненные траектории, тогда как у далеких спутников наблюдается сильная динамическая возбужденность.

Ученые применили свои сечения выброса к системе MOA-2011-BLG-262Lb, обнаруженной методом микролинзирования. Моделирование указало на возможные исходные большие полуоси планеты-хозяина в диапазоне от 1,3 до 5,9 астрономических единиц для звезды солнечной массы. Наиболее вероятным авторы считают значение около 5,2 а.е., хотя распределение остается плоским.

Авторы подчеркивают, что звездные выбросы представляют собой жизнеспособный канал образования свободно летящих планет с лунами, чьи орбитальные свойства отличаются от тех, что формируются при планет-планетном рассеянии. Анализ удержания спутников и орбитального возбуждения может служить диагностикой истории выброса.

Современные и будущие обзоры микролинзирования и прямого изображения, возможно, смогут обнаружить спутники галилеевой массы у планет-сирот. Это даст новые возможности для тестирования динамических путей формирования таких объектов.