Инопланетные звезды и их планеты имеют удивительную связь

Астрофизики обнаружили корреляцию между химическим составом скалистых экзопланет и звезд, вокруг которых они вращаются. Согласно оценкам, основанным на плотности планет, для суперземли стехиометрическое соотношение железа и силикатов в составе планет оказалось связано с составом протопланетного диска.

Это относится к таким планетам, как Венера, Земля и Марс. Однако на планетах, подобных Меркурию, железа было гораздо больше. Авторы работы объясняют это несоответствие другим механизмом образования.

Какая связь между химическим составом звезд и планет?

Развитие звездных систем

В процессе развития звездных систем и сама центральная звезда, и планеты вокруг нее формируются из одного и того же материала. Поэтому ученые считают, что химический состав звезды и планет вокруг нее должен зависеть от состава протопланетного диска и, соответственно, коррелировать между собой.

Отношение железа к силикатам

Например, в протосолнечном диске стехиометрическое соотношение железа и силикатов согласно теоретической модели составляет примерно 1: 2. Практически такое же соотношение характерно для Венеры, Земли и Марса. Однако Меркурий в эту модель не вписывается — для этой планеты это соотношение практически противоположное.

В центре внимания последнего исследования

Чтобы проверить, как элементный состав звезды коррелирует с элементным составом планет вокруг нее, астрофизики под руководством Вардана Адибекяна из Университета Порту изучили солнечноподобные звезды спектральных классов F, G и K и близлежащие к ним экзопланеты.

Температура этих звезд составляет от 3800 до 7400 Кельвинов, а их спектры содержат множество линий металлов: в частности, железа, кальция, титана и хрома. Для тяжелых элементов в звездах главной последовательности состав атмосферы, который можно определить по спектру, примерно соответствует составу всей звезды.

Цели исследования

Всего ученые проанализировали спектры 21 звезды и плотность 32 небольших экзопланет вокруг них, по массе не превышающих десяти масс Земли. На основании этих данных астрофизики определили в их составе соотношение магния, кремния и железа. Затем ученые рассчитали зависимость плотности и состава планет от состава центральной звезды.

Полученные результаты

Статистический анализ показал, что для скалистых экзопланет земного типа действительно существует корреляция между составом звезды и плотностью планет, а также между составом звезды и составом планет.

Это, однако, основано на двух предположениях: что железо есть только в ядре планеты или что железо есть как в ядре планеты, так и в ее мантии. Правда, на планетах железа было больше, чем в звездах. Авторы работы считают, что это несоответствие является следствием процесса формирования планет и связано с тем, что ближе к звезде доля железа при конденсации вещества должна быть выше.

Супер-Меркурий

Кроме того, ученые обнаружили, что их модель не работает для пяти планет из всего набора 32. Это Меркурий и его более тяжелые аналоги — ученые назвали эти планеты супер-Меркурий. Астрофизики предполагают, что механизм образования этих планет отличался от механизма образования земных экзопланет и включал множественные столкновения и лишение мантии планет.