Ultraheta Jupiters (UHJ) är några av de mest fascinerande astronomiska objekten i kosmos, klassificerade som att ha omloppsperioder på mindre än cirka tre dagar med dagtemperaturer som överstiger 1 930 ° C (3 500 ° F), eftersom de flesta är tidvattenlåsta med sina föräldrastjärnor.
Men kommer dessa extremt nära banor att resultera i orbital förfall för UHJs så småningom döma dem att sväljas av deras stjärna, eller kan någon bana på lång sikt utan oro? Detta är vad en nyligen genomförd studie publicerade på arXiv preprint-server och godkänd till Planetary Science Journal hoppas kunna ta itu med.
Teamet av internationella forskare undersökte potentiella orbitala sönderfall för flera UHJs, vilket har potentialen att inte bara hjälpa astronomer att bättre förstå UHJs utan också bildandet och utvecklingen av exoplaneter överlag.
Här diskuterar vi denna forskning med studiens huvudförfattare, Dr Elisabeth Adams, som är senior forskare vid Planetary Science Institute, angående motivationen bakom studien, signifikanta resultat, uppföljningsstudier och vikten av att studera orbital förfall för UHJs och UHJs, totalt sett.
Så, vad var motivationen bakom den här studien angående orbital sönderfall av UHJ?
"Ända sedan den första exoplaneten, 51 Peg b aka Dimidium, tillkännagavs i en 4-dagars omloppsbana, har forskare varit djupt oroade över den långsiktiga stabiliteten hos dessa jätteplaneter", säger Dr. Adams till Universe Today.
"Vi har vetat ett tag att objekt lika stor som Jupiter inte kan existera med banor kortare än cirka 19 timmar (det är Roche-gränsen), men även jätteplaneter med omloppsbanor på några dagar är instabila på lång sikt eftersom Tidvattenkrafter kommer obönhörligen att få deras banor att förfalla Det stora okända är vad "långsiktigt" betyder:Kommer planeten att förfalla medan stjärnan fortfarande är på huvudsekvensen, eller kommer processen att ta så lång tid att stjärnan dör först?"
För studien använde forskarna en kombination av mark- och rymdbaserade teleskop för att utföra stjärnfotometri och exoplanetljuskurvanalyser av 43 UHJ med omloppsperioder från 0,67 dagar (TOI-2109 b) till 3,03 dagar (TrES-1 b) ) med målet att fastställa deras förändringshastighet för omloppsperioden (dvs. ökande omloppsperiod eller minskande omloppsperiod [omloppssönderfall]) mätt i millisekunder per år (ms/år).
Denna studie bestod av både tidigare uppmätta och nya transitljuskurvdata, där teamet utförde några beräkningar för att bestämma förändringshastigheten för omloppsperioden för var och en av de 43 UHJ:erna. Dessutom har mer än hälften av de 43 UHJs för denna studie observationsdata på mer än ett decennium med en som överstiger 20 års data (WASP-18 b vid 32 år). Så, vilka var de viktigaste resultaten från denna studie?
Dr. Adams säger till Universe Today, "Det intressanta är inte bara att den här studien inte hittade några nya fall av orbital sönderfall, utan också att vi börjar se flera storleksskillnader i hur lång tid orbital sönderfall tar." P>
"De två bästa fallen för sönderfallande planeter (WASP-12 b och Kepler-1658 b) sönderfaller med hastigheter som är>10–1 000 gånger snabbare än de planeter som vi inte hittar sönderfall runt (t.ex. WASP-18 b, WASP-19b och KELT-1b); om de sistnämnda planeterna förföll lika snabbt som WASP-12 b, skulle vi definitivt ha upptäckt det vid det här laget."
Som nämnts hjälpte denna omfattande studie till att identifiera ny information om orbital sönderfall av UHJs, specifikt relaterad till bristen på orbital sönderfall för de flesta av dem, vilket innebär att vissa banor potentiellt kan vara stabila på lång sikt trots att de kretsar extremt nära deras respektive förälder. stjärnor.
Dessutom bidrog det till att utmana tidigare mätningar som hänför sig till orbital sönderfall av vissa UHJs, vilket kunde hjälpa astronomer att bättre förstå bildandet och utvecklingen av UHJs i hela universum. Därför, med tanke på studiens omfattande, vilka uppföljningsstudier är för närvarande på gång eller planeras?
Dr. Adams säger, "Vi måste bara fortsätta leta! Det här uppsatsen är det första från vår undersökning och täcker bara ungefär hälften av de kända UHJs, av vilka fler fortsätter att hittas; bland våra mål, hälften av dem inte har observerats tillräckligt länge, eller med tillräckligt många transiter, för att säga om till och med mycket snabbt orbitalt sönderfall sker. För de andra kan vi bara behöva ytterligare några år, eller kanske några decennier, för att observera det.>
"Teoretiker arbetar också hårt med att förklara hur stjärnans ålder och struktur bidrar till olika sönderfallshastigheter, även om den höga osäkerheten mellan teoretiska modeller är anledningen till att jag gillar att kunna mäta sönderfallshastigheten empiriskt."
Att studera omloppssönderfall är viktigt för att bättre förstå både om och när två astronomiska objekt kommer att kollidera med varandra, inklusive en planet och dess satellit (oftast en måne), en stjärna och en annan planet eller komet som kretsar runt den (vilket resulterar i den senares förbränning) , en stjärna och en annan stjärna (som resulterar i gravitationsvågor eller gammastrålningskurar) och alla astronomiska objekt som kretsar kring varandra (binärt system).
För jorden har mätning av orbital sönderfall varit avgörande för att lära sig när konstgjorda satelliter kan brinna upp i vår planets atmosfär. Men vad gäller exoplaneter, vad är betydelsen av att studera omloppssönderfall för UHJ, och är de begränsade till endast UHJ?
"Tidalförfall är viktigast för stora planeter," säger Dr. Adams. "Helt galet nog har planeter av jordstorlek hittats i banor så korta som 4 timmar och ändå förutspås de vara tidvattenstabila i många miljarder år. (Jag har tidigare publicerat arbete om dessa mindre ultrakorta planeter.) Ju större planeten och ju närmare den är stjärnan, desto starkare blir tidvatteneffekterna och desto snabbare kommer omloppsbanan att förfalla."
UHJs är inofficiellt utsedda som en underklass av "heta" Jupiters. Liksom denna studie har tidigare UHJs också undersökts med en kombination av mark- och rymdbaserade teleskop. Som påpekats av Dr. Adams undersökte denna studie ungefär hälften av de kända UHJ, vilket betyder att det finns ungefär 100 kända UHJ som befolkar kosmos.
Som också nämnts är de flesta UHJs tidvattenlåsta med sin moderstjärna, vilket innebär att ena sidan kontinuerligt är vänd mot stjärnan under hela sin omloppsbana med de brännande dagtemperaturerna som gör att molekyler bryts isär och rekombinerar på nattsidan. Dessa egenskaper gör UHJs till några av de mest spännande och mystiska astronomiska föremålen som ska studeras. Men vad är betydelsen av att studera UHJ, totalt sett?
"Ultra-heta Jupiters tillåter oss att mäta en grundläggande egenskap hos stjärnor (tidvattenkvalitetsfaktorn, som bestämmer sönderfallshastigheten)," säger Dr. Adams. "Genom att modellera deras förflutna och framtider kan vi förfina våra teorier om planetbildning och migration. Vissa av dem kan också förlora sin atmosfär, vilket vi kan leta efter.
"De är också några av de enklaste planeterna att observera eftersom de är stora och varma och nära sin stjärna och gör utmärkta mål för både högprecisionsobservationer (t.ex. atmosfäriska studier med JWST) och uppsökande (de är utmärkta mål för intresserade amatörer) med anständiga teleskop)."
Denna studie kommer när NASA och andra rymdorganisationer runt om i världen fortsätter att upptäcka exoplaneter i en otrolig hastighet, med NASA som listar antalet bekräftade exoplaneter på 5 630 när detta skrivs. Av det antalet klassificeras 1 805 som gasjättar (stora Saturnus eller Jupiter), med oräkneliga antal av dessa världar som kretsar runt sina moderstjärnor på bara några dagar eller mindre.
När vår förståelse av exoplaneter fortsätter att expandera, kommer också vår förståelse av UHJ, inklusive deras bildning och evolution, tillsammans med bildningen och evolutionen av deras moderstjärnor.
"Mitt motto för att studera exoplaneter är att förvänta sig det oväntade", säger Dr. Adams. "Även efter tre decennier av observationer fortsätter vi att hitta planeter på oväntade platser som gör konstiga saker, och sedan lär vi oss mycket om universum genom att ta reda på vad de gör och varför. Håller dig definitivt på tårna!"
