1.6 Распределение по эксцентриситетам орбит планет
Внесолнечные планеты с орбитальными периодами больше 6 дней имеют эксцентриситеты значительно больше, чем планеты-гиганты в Солнечной системе. На рисунке 1.5 отображена зависимость эксцентриситета обнаруженных планет от периода.
Рисунок 1.5 - Диаграмма эксцентриситет-период для известных внесолнечных планет. Пустые квадратики - планеты, вращающиеся вокруг одного из компонентов двойной звездной системы. Черные точки - планеты у одиночных звезд. Пустые точки - планеты из многопланетных систем. Транзитные планеты, у звезд с высокой металличностью - черные треугольники. Звездочки - планеты с массами порядка массы Нептуна. Скобками () очерчена система HD 162020. Точечная линия - область приливного скругления орбит с периодами меньше 6 суток. Пунктирная линия - область с эксцентриситетами е > 0,05 и периодами меньше 40 дней.
Средний эксцентриситет обнаруженных экзопланет с периодами больше 6 дней составляет е = 0,29. Распределение эксцентриситетов этих планет напоминает аналогичное распределение для двойных звезд, охватывая почти полный диапазон от 0 до 1. Орбиты планет с периодами меньше 6 суток скруглены приливными силами.
Происхождение эксцентриситетов внесолнечных планет-гигантов может быть вызвано действием различных механизмов. Это может быть гравитационное взаимодействие между соседними планетами-гигантами, взаимодействия планеты-гиганта с планетезималями на ранних стадиях образования планетной системы, влияние дополнительного звездного или планетного компаньона, и тому подобное. Последний эффект в ряде случаев кажется наиболее интересным. Средняя скорость некоторых планет с высоким эксцентриситетом показывает дрейф, который согласуется с присутствием долгопериодического компаньона. Гравитационное влияние удаленного компаньона может вызвать наблюдаемый высокий орбитальный эксцентриситет. Этот эффект был предложен как механизм увеличения эксцентриситета планеты, вращающейся вокруг звезды 16 Cyg B, [18]. Однако, Takeda and Rasio, [19], показали, что такой процесс, действуя в одиночку, привел бы к чрезмерному количеству планет как с очень высоким (е > 0,6), так и с очень низким (е < 0,1) эксцентриситетом. Следовательно, требуется, как минимум еще один дополнительный механизм для воспроизведения наблюдаемого распределения по эксцентриситетам. Фактически, ни один из предложенных механизмов возникновения эксцентриситета не в состоянии в одиночку объяснить наблюдаемое распределение эксцентриситетов внесолнечных планет.
На малых орбитальных расстояниях планеты-гиганты подвергаются воздействию приливных сил, которые способствую округлению орбит. Все газовые гиганты с периодом меньше 6 дней находятся на почти круговых орбитах (е < 0,05). Недавно было обнаружено несколько пограничных случаев (с эксцентриситетом около 0,1) в обзорах, ориентированных на поиск короткопериодических планет. Результаты имеют очень неуверенную оценку эксцентриситета, даже совместимую с нулем. С большим количеством данных о лучевой скорости, охватывающих несколько орбитальных периодов, средневзвешенные оценки эксцентриситета могут уменьшаться. Или, наоборот, в некоторых из этих систем может быть найден дополнительный компаньон.
В случае многопланетной системы простая кеплеровская (однопланетная) модель может замыть часть более долгопериодической кривой суммы скоростей, искусственно раздувая орбитальный эксцентриситет. Дополнительные компаньоны могут также за счет приливного взаимодействия увеличивать эксцентриситет короткопериодических систем.
Могут быть также взаимосвязь между эксцентриситетом и периодом, а также между эксцентриситетом и массой планеты. Для наиболее массивных планет (с массой более 5 масс Юпитера) замечен систематически более высокий эксцентриситет, чем для планет более низких масс. Это точно не эффект селекции. Если планеты формируются на круговых орбитах, высокие эксцентриситеты самых массивных планет весьма озадачивают. Такие массивные планеты имеют наибольшую инерцию и слабее всего поддаются влияниям, стремящимся согнать их с первоначальных круговых орбит. Наиболее массивные планеты, как правило, находятся на значительном расстоянии от звезды, поэтому эксцентриситет и орбитальный период оказываются связаны. Долгопериодические планеты обычно наблюдаются в течение только одного периода обращения и редко с хорошим фазовым покрытием. Это может привести к переоценке эксцентриситета некоторых кеплеровских орбит. Но крайне маловероятно, что за наблюдаемую корреляцию отвечает одно только неправильное моделирование. Кроме того, в обзорах появилось несколько долгопериодических планет с низким эксцентриситетом. Они составляют небольшую группу так называемых аналогов Солнечной системы.