Астрофизики построили диаграмму Герцшпрунга-Рассела для формирующихся планет: три стадии роста
Международная группа астрофизиков расширила классическую диаграмму Герцшпрунга-Рассела на формирующиеся планеты. В работе, опубликованной на arXiv, ученые показали, как твердая и газовая аккреция, охлаждение и миграция влияют на светимость и температуру растущих газовых гигантов.
Исследователи использовали Бернскую модель для расчета внутренней структуры планет в процессе формирования и впервые объединили ее с радиационно-гидродинамическими симуляциями. Это позволило учесть переменную эффективность нагрева от аккреционного удара и разрешить давнюю неопределенность «холодного» и «горячего» старта.
На планетарной диаграмме Герцшпрунга-Рассела ученые выделили три ветви. Первая — восходящая ветвь, соответствующая доминированию аккреции твердого вещества. Ее форма сильно зависит от размера аккрецируемых тел и миграции планеты. Для планетезимальной аккреции получена аналитическая зависимость: L ? T?.
Вторая ветвь — почти горизонтальная, начинается, когда газовая аккреция становится ограниченной диском, а сжатие ускоряется. Горячая аккреция, большие массы и аккреция гальки загибают треки вверх. После отсоединения увеличение электронного вырождения понижает внутренние температуры и стабилизирует радиусы.
Третья ветвь — нисходящая, когда аккреция прекращается и планеты переходят на изохронные треки охлаждения с L ? T?. Радиус при этом меняется слабо.
Построенные треки хорошо согласуются с синтетическими популяциями экзопланет и в целом соответствуют данным прямых наблюдений. Однако короткоживущие ранние ветви, по мнению ученых, будет трудно наблюдать — для аккрецирующих планет, погруженных в диск, требуются модели, учитывающие излучение аккреционного удара и переработку излучения в околопланетном диске.
Результаты помогают объяснить разнообразие наблюдаемых газовых гигантов и уточнить эволюционные модели формирования планетных систем.
