Начиная с первого подтвержденного экзопланеты в 1995 году, ученые регулярно сталкиваются с так называемыми «горячими юпитерами» — гигантскими мирами, схожими по массе с Юпитером, но вращающимися вокруг своих звезд всего за несколько дней. Изначально считалось, что эти планеты формируются далеко от своих родительских звезд, подобно Юпитеру в нашей Солнечной системе, а затем перемещаются ближе. На сегодняшний день существует две основные гипотезы, объясняющие это внутреннее перемещение: миграция с высокой эксцентричностью, при которой гравитационные взаимодействия с другими объектами искажают орбиту планеты, а затем приливные силы вблизи звезды делают ее более круговой; и дисковая миграция, когда планета медленно движется по спирали внутрь, оставаясь погруженной в окружающий протопланетный диск.
До недавнего времени определение того, какой из этих путей прошла конкретная планета, оставалось сложной задачей. Хотя миграция с высокой эксцентричностью может наклонять орбитальную ось планеты относительно оси вращения ее звезды, создавая заметный перекос, приливные силы вблизи звезды со временем способны сглаживать это рассогласование. Поскольку выровненная орбита могла быть результатом любого из процессов, у астрономов не было надежного способа однозначно идентифицировать планеты, сформировавшиеся посредством дисковой миграции.
Чтобы решить эту проблему, команда исследователей во главе с докторантом Юго Каваи и доцентом Акихико Фукуи из Высшей школы искусств и наук Токийского университета предложила новый подход. Он основан на расчете времени, необходимого для завершения миграции с высокой эксцентричностью.
Согласно сценарию миграции с высокой эксцентричностью, планета сначала движется по сильно вытянутой траектории, а затем ее орбита постепенно становится круговой по мере ее многократных сближений со звездой. Время, необходимое для такой циркуляризации, зависит от многих факторов, включая массу планеты, характеристики орбиты и приливные силы. Чтобы «горячий юпитер» мог образоваться таким образом, это время циркуляризации должно быть короче возраста его планетной системы. Проанализировав расчетное время циркуляризации для более чем 500 известных «горячих юпитеров», ученые обнаружили около 30 планет, которые не соответствовали этому условию. Эти планеты имеют круговые орбиты, хотя их расчетное время циркуляризации превышает возраст систем, в которых они находятся.
«Горячие юпитеры» из этой группы также соответствуют другим признакам планет, которые перемещались внутрь в пределах протопланетного диска. Их орбиты не демонстрируют признаков рассогласования, что указывает на плавное движение к звезде, а не на сильное влияние разрушительных гравитационных взаимодействий. Некоторые из этих планет также являются частью многопланетных систем — конфигурации, которую миграция с высокой эксцентричностью обычно нарушает, поскольку этот процесс может рассеивать или выбрасывать соседние планеты.
Обнаружение планет, чьи характеристики четко указывают на конкретный путь миграции, имеет решающее значение для воссоздания истории планетных систем. Будущие исследования их атмосфер и элементного состава могут помочь точно определить области диска, где они первоначально сформировались, предлагая более глубокое понимание происхождения и эволюции «горячих юпитеров».
