Астрономов долгое время озадачивал странный космический парадокс: планет, вращающихся вокруг двух звезд одновременно, оказалось неожиданно мало. Хотя планеты должны формироваться у большинства звезд, а двойные звездные системы очень распространены, среди тысяч открытых экзопланет подтверждено лишь 14 таких "циркумбинарных" миров. Это резко контрастирует с ожиданиями в сотни подобных систем, делая реальные аналоги знаменитого Татуина из "Звездных войн" чрезвычайной редкостью. Ученые нашли объяснение этому феномену в общей теории относительности Эйнштейна.
Ключ к разгадке лежит в движении звезд в двойной системе. Из-за разницы в массах они вращаются друг вокруг друга по вытянутым эллиптическим орбитам. Согласно ОТО, это движение вызывает постепенное сближение звезд и изменение ориентации их орбит — явление, называемое прецессией. В отличие от классической ньютоновской гравитации, где прецессия в идеальной системе двух тел отсутствует и требует дополнительных факторов, в ОТО она возникает из-за искривления пространства-времени даже в изолированной паре. Для тесных двойных систем эта релятивистская прецессия может быть весьма значительной. Планета, обращающаяся вокруг обеих звезд, также испытывает прецессию своей орбиты, но вызванную конкурирующим гравитационным притяжением двух светил.
Проблема возникает, когда орбиты звезд со временем становятся теснее. Прецессия звезд ускоряется, а прецессия планеты — замедляется. В какой-то момент эти два темпа могут синхронизироваться, войдя в резонанс. Это выводит орбиту планеты из равновесия: она начинает сильно вытягиваться, то удаляясь от звезд, то опасно сближаясь с ними. Орбита становится крайне нестабильной.
"Возможны два сценария: либо планета подходит слишком близко к двойной системе и разрушается приливными силами или поглощается одной из звезд, либо ее орбита настолько возмущается, что планета в итоге выбрасывается из системы", — поясняет ведущий автор исследования Мохаммад Фархат. В обоих случаях планета исчезает. Это не значит, что у двойных звезд вообще нет планет, но выживают лишь те, что находятся очень далеко, где их сложнее обнаружить.
Наблюдения подтверждают эту теорию. Телескопы "Кеплер" и TESS, ищущие планеты по периодическим падениям яркости звезд, нашли тысячи двойных систем, но лишь единичные кандидаты в циркумбинарные планеты. Поиск таких миров другими методами, такими как анализ тайминга затмений, метод лучевых скоростей, микролинзирование или прямая визуализация, чрезвычайно сложен из-за хаотичной орбитальной динамики, маскирующей планетные сигналы гравитационными возмущениями от двух звезд. Примечательно, что ни одна из 14 подтвержденных планет не обращается вокруг очень тесных пар звезд, завершающих оборот менее чем за семь дней. Вокруг таких систем существует настоящая "пустыня". Более того, 12 из 14 известных планет находятся как раз за границей теоретически рассчитанной зоны нестабильности, что намекает на их миграцию из более далеких и безопасных регионов.
Математическое моделирование показало масштаб влияния релятивистских эффектов: они могут привести к дестабилизации и уничтожению примерно восьми из каждых десяти планет в тесных двойных системах. Ученые теперь применяют эту модель к другим экстремальным объектам, например, к звездным скоплениям вокруг пар сверхмассивных черных дыр, чтобы понять, работает ли там аналогичный механизм. Это исследование вновь демонстрирует, как теория Эйнштейна продолжает раскрывать тонкую гравитационную "механику" Вселенной даже в, казалось бы, изученных системах.
Источник: Why two-sun planets keep disappearing scientists blame Einstein