تا یک سوم ستارگان برخی از سیارات خود را خوردند

در سال‌های اخیر، اخترشناسان تکنیک‌هایی را برای اندازه‌گیری محتوای فلزی ستاره‌ها با دقت بسیار بالا توسعه داده‌اند. با این قابلیت، اخترشناسان ستارگان خواهر و برادر را بررسی کرده اند تا ببینند که فلزی بودن آنها چگونه متفاوت است. برخی از این ستارگان هم‌زادگی تفاوت‌های آشکاری در فلزی بودن خود دارند.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ستارگانی که سیارات سنگی را می‌بلعند، مسئول این امر هستند.

ستارگان همزاد در یک ابر مولکولی غول پیکر (GMC) متولد می شوند، اگرچه لزوماً در روابط دوتایی با یکدیگر نیستند. انتظار می‌رود این ستارگان دارای فلزات بسیار مشابهی باشند، حتی اگر هیچ GMC کاملاً همگن نباشد و تفاوت‌های کوچکی در ستارگانی که با هم تشکیل می‌شوند رایج است. اما وقتی تفاوت ها بیان می شود، باید توضیح دیگری وجود داشته باشد.

تحقیقات جدید با عنوان ‘آلودگی فلزی در ستارگان خورشید مانند ناشی از تخریب سیارات با دوره بسیار کوتاه‘ نشان می دهد که سیارات سنگی منشأ این اختلافات هستند. نویسندگان به ترتیب کریستوفر ای. اوکانر و دونگ لای از دانشگاه نورث وسترن و دانشگاه کرنل هستند. این تحقیق در سرور پیش از چاپ arxiv.org است و به مجلات AAS ارسال شده است.

نویسندگان می نویسند: ‘مطالعات دقیق ترکیب شیمیایی در بین جفت های ستاره ای همزاد – ستارگان با منشاء مشترک – فراوانی های متفاوت غیرمنتظره زیادی را در بین عناصر نسوز نشان می دهد.’ نویسندگان پس از اتفاق مشابهی که در کوتوله‌های سفید اتفاق می‌افتد، از این به عنوان آلودگی یاد می‌کنند. منبع این آلودگی سیارات سنگی است که سرشار از فلزات هستند.

سیارات فراخورشیدی با دوره بسیار کوتاه (USP) به دور ستاره‌های خود بسیار نزدیک می‌گردند و معمولاً در عرض چند ساعت یک مدار را کامل می‌کنند. آنها ترکیبات مشابهی با زمین دارند و به ندرت بیش از دو شعاع زمین هستند. منشا آنها مشخص نیست. آن‌ها می‌توانستند بیرون‌تر شکل بگیرند و سپس به ستاره‌شان نزدیک‌تر شده باشند، یا می‌توانند بقایای سیارات بسیار بزرگ‌تری باشند که جو خود را به دلیل تابش ستاره‌ای از دست داده‌اند.

سیارات USP چندان رایج نیستند. فقط حدود ۰.۵ درصد از ستارگان خورشید مانند آنها را دارند. آنها بسیار داغ هستند، بنابراین سطوح آنها ذوب می شود و به طور جزر و مدی به ستاره های خود قفل می شوند.

اگرچه غیر معمول است، اما ممکن است در تعداد بیشتری تشکیل شوند و سپس توسط ستاره های خود مصرف شوند.

نویسندگان می نویسند: ‘سیاره های فراخورشیدی کوتاه مدت به طور بالقوه در برابر اختلال جزر و مد و غرق شدن توسط ستاره های میزبان خود آسیب پذیر هستند.’ تحقیقات نشان می دهد که بین ۳ تا ۳۰ درصد از ستارگان همزاد، دنباله اصلی، شبیه به خورشید (FGK) سیارات سنگی بین ۱ تا ۱۰ جرم زمین را در بر گرفته اند.

راه های زیادی وجود دارد که این اتفاق می افتد. اوکانر و لای می نویسند: اشکال زیادی از تکامل دینامیکی خشونت آمیز در منظومه های سیاره ای امکان پذیر است که هر کدام به طور بالقوه قادر به تزریق یک سیاره به ستاره هستند. با این حال، شواهد نشان می دهد که حداکثر، حدود ۲٪ از تک ستاره های FGK توسط همه مکانیسم های خشونت آمیز آلوده شده اند.

ستاره شناسان سه سناریوی اصلی را پیشنهاد کرده اند که در آن ستارگان می توانند سیارات USP را غرق کنند.

یکی مهاجرت با گریز از مرکز (high-e) نام دارد. در این سناریو، یک پروتو-USP بسیار به ستاره خود نزدیک می شود و دارای خروج از مرکز بالا است. به دلیل نزدیکی به ستاره و کشش گرانشی آن، این سیاره به سرعت خارج از مرکز خود را از دست می دهد و یک مدار دایره ای می گیرد.

دیگری مهاجرت با گریز از مرکز (low-e) است. در این سناریو، USP کندتر به سمت ستاره خود مهاجرت می کند. مهاجرت Low-e در سیستم های فشرده با سه یا چند سیاره اتفاق می افتد که به تعدیل گریز از مرکز آن کمک می کند.

سناریوی سوم مهاجرت مبتنی بر انحراف است. در این سناریو، یک سیاره همراه با USP، انحراف USP را برانگیخته و آن را در یک رزونانس مدار-چرخشی سکولار ثبت می‌کند. USP به سرعت به سمت ستاره خود مهاجرت می کند، اما مهاجرت زمانی پایان می یابد که USP از رزونانس فرار کند.

نویسندگان مدلی را برای پیش‌بینی تعداد USPهایی که تشکیل می‌شوند و مدت زمانی که طول می‌کشد تا غرق شوند، توسعه دادند. مدل آنها می تواند هم میزان کم مشاهده شده USP ها در اطراف ستارگان خورشید مانند و هم فلزی آلوده آنها را بازتولید کند. نتایج آنها به نفع سناریوی مهاجرت کم ee است که در آن USP ها بخشی از سیستم های فشرده و چند سیاره ای هستند.

ما متوجه شدیم که غرق شدن USP پیامد طبیعی سناریوی مهاجرت کم انرژی است. بنابراین، ارتباط بین USP ها و سیارات سنگی غرق شده در ستارگان خورشید مانند، محتمل به نظر می رسد.

نتایج آنها نشان می دهد که USP ها بین ۰.۱ تا ۱ گیگا سال پس از تشکیل در خود فرو می روند. اگر این غرق شدن منبع اصلی آلودگی در ستارگان خورشید مانند باشد، نویسندگان می گویند بین آلودگی و سیستم های فشرده و چند سیاره ای همبستگی وجود دارد. حدود ۵ تا ۱۰ درصد از ستارگان آلوده باید سیاره ای با جرم در حال عبور داشته باشند؟ ۵ میلیون؟ و دوره
۴ تا ۱۲ روز، آنها توضیح می دهند. آنها همچنین عکس آن را پیش بینی می کنند: باید یک ضد همبستگی بین وقوع USP و آلودگی وجود داشته باشد.

نویسندگان به برخی اخطارها در مورد نتایج آنها اشاره می کنند.

نشانه های آلودگی فلزی می تواند در طول زمان محو شود. فلزات می توانند در ستاره ته نشین شوند و باعث ناپدید شدن سیگنال شوند. بسته به اینکه چقدر موثر است، می تواند به این معنی باشد که درک ما از تعداد ستاره های آلوده نادرست است. این می تواند به این معنی باشد که بیش از ۳۰ درصد از ستاره های خورشید مانند آلوده هستند.

اخطار دوم این است که مکانیسم‌های خشن‌تر می‌توانند سیارات را به ستاره‌هایشان تزریق کنند. پراکندگی سیاره-سیاره می تواند سیارات، به ویژه ابر زمین های صخره ای را به سمت غرق شدن سوق دهد. با این حال، نویسندگان توضیح می‌دهند که «ما متوجه می‌شویم که تنها ۱ درصد از ستارگان را می‌توان از طریق نابودی خشونت‌آمیز ابر زمین‌ها، علی‌رغم وجود آن‌ها به عنوان سیارات فراخورشیدی، آلوده کرد.»

آخرین هشدار آنها مربوط به مشتری داغ (HJs) است. این سیارات غول گازی بسیار نزدیک به ستارگان خود می چرخند. ستاره شناسان بر این باورند که HJ ها در طول عمر توالی اصلی ستارگانشان در اثر غرق شدن از بین می روند. HJ ها همچنین دارای نرخ وقوع مشابهی با USP ها در اطراف ستاره های خورشید مانند هستند. سوال منصفانه ای است که بپرسیم آیا آنها در آلودگی فلزی مشاهده شده نقش دارند یا خیر.

نویسندگان می گویند که این امکان وجود دارد که مهاجرت با سرعت زیاد می تواند HJ ها را به سمت غرق شدن ستاره ها سوق دهد. با این حال، آنها همچنین اشاره می کنند که دلیل خوبی برای شک وجود دارد. باز هم، یک HJ غرق شده ممکن است نشانه شیمیایی مشابهی با یک سیاره سنگی ایجاد نکند: جرم ها و فلزات حجیم HJ ها متفاوت است.
به طور گسترده،’ آنها می نویسند. تمام هیدروژن و هلیوم موجود در HJ ها همچنین می توانند فلزات اضافی را رقیق کنند. علاوه بر این، اختلال جزر و مدی HJ ها ممکن است مستقیماً به غرق شدن منجر نشود. این امکان وجود دارد که انتقال جرم بتواند HJ را به یک بقایای ابر زمینی که از هسته اصلی و یک جو باقیمانده ساخته شده است، کاهش دهد.

به گفته اوکانر و لای، قبل از اینکه بتوانیم بفهمیم HJ ها چگونه ممکن است در آلودگی ستاره ای نقش داشته باشند، به مطالعه بیشتری نیاز است.

نتایج آنها همچنین نشان می‌دهد که یک ستاره دنباله اصلی تنها می‌تواند یک USP را در طول دنباله اصلی خود تشکیل دهد، بنابراین تنها یکی می‌تواند غرق شود. در یک منظومه فشرده، تنها درونی ترین سیاره می تواند به اندازه کافی دچار فروپاشی جزر و مدی شود که تبدیل به USP شود.

در نتیجه گیری، نویسندگان می نویسند که ستارگان میزبان USP ها باید سن و سینماتیک مشابه ستارگان میدان راه شیری داشته باشند و به ندرت نشانه هایی از غرق شدن سیاره قبلی را نشان دهند. آنها همچنین به این نتیجه رسیدند که ستارگان FGK آلوده باید میزبان سیستم های فشرده چند سیاره ای باشند.