1.5 Распределение по орбитальным периодам планет

Одна из наиболее заметных особенностей свойств внесолнечных планет - широкое разнообразие орбитальных характеристик. Это разнообразие бросает вызов привычным для нас взглядам на формирование планет.

Статистические свойства гигантских планет должны быть получены из обзоров, которые сами хорошо статистически определены (например, включают в себя все объекты из ограниченного объема) и имеют хорошо понятные пороги обнаружения планет с различными орбитальными свойствами. Есть несколько программ, которые отвечают этим требованиям, например программа поиска планет в ограниченном объеме CORALIE, [15], и FGKM-обзор на телескопе имени Кека (рассматривались звезды ограниченной звездной величины, [16]). На диаграммах, приведенных в обзоре, представлены планеты, которые были обнаруженные во всех программах поиска, основанных на измерении лучевых скоростей. Обсуждаемые свойства планет согласуются со свойствами, полученными из единичных статистически хорошо определенных программ.

Рисунок 1.4 показывает распределение по орбитальным периодам известных внесолнечных планет. Планеты открыты с помощью метода измерения лучевых скоростей звезд и вращаются вокруг звезд главной последовательности. Заштрихованная часть гистограммы показывает сравнительно "легкие" планеты с msini < 0,75 масс Юпитера. Черным показано распределение по периодам планет с массами порядка массы Нептуна.

Рисунок 1.4 - Распределение известных внесолнечных планет-гигантов по периодам.

Многочисленные планеты-гиганты, вращающиеся очень близко вокруг своих родительских звезд с периодом меньше 10 дней стали совершенно неожиданными для исследователей. Стандартная модель (например, [17]) предполагала, что планеты-гиганты формируются из ледяных гранул во внешних частях системы, где температура протопланетной туманности достаточно низка. Слипание таких гранул обеспечивает формирование твердого ядра, которое в свою очередь начинает притягивать окружающий газ в течение жизни протопланетного диска (примерно 10 миллионов лет). Однако обнаружение планет-гигантов глубоко внутри "ледяной линии" требует, чтобы эти планеты подверглись процессу перемещения, миграции по направлению к родительской звезде. Альтернативная точка зрения предлагает формирование таких планет уже "на месте", возможно, благодаря нестабильности в протопланетном диске. Однако даже в таком случае взаимодействие планеты и диска будет изменять орбиту планеты, как только та сформируется. Предполагается, что наблюдаемый максимум планет с периодами около 3 дней является следствием миграции. Причем еще необходимо наличие останавливающего механизма, который препятствовал бы падению планет на звезды.

Ещё одна интересная особенность распределения планет по периодам - это увеличение количества планет с ростом расстояния от родительской звезды. Это не эффект наблюдательной селекции, так как методом измерения лучевых скоростей из двух планет одинаковой массы легче обнаружить планету с более коротким периодом. Уменьшение количества планет с периодами больше 10 лет почти наверняка является результатом ограниченной продолжительности большинства программ поиска планет методом измерения лучевых скоростей.

Полное распределение планет по периодам можно представить себе состоящим из двух частей: главное, в котором число планет растет с увеличением периода и максимум которого еще не определен, и вторичное распределения планет, мигрировавших внутрь системы. Наблюдаемый минимум планет с периодами между 10 и 100 днями реален и отражает область пересечения между этими двумя распределениями. Минимальная (плоская) экстраполяция распределения в сторону больших периодов примерно удвоила бы число образовавшихся планет. Согласно этой экстраполяции, существует большое количество еще неоткрытых планет-гигантов на расстояниях от 5 до 20 а.е. Этот вывод имеет первостепенную важность для проектов по прямой регистрации внесолнечных планет большими телескопами, таких как VLT ( Very Large Telescope - Очень большой телескоп) или Gemini Planet Finder, и космическими миссиями, такими как TPF (НАСА) или Дарвин (ЕКА).