Czy więcej niż jedna egzoplaneta może orbitować wokół tej samej gwiazdy? Liczne obserwacje mówią nam, że jest to możliwe, jednakże warto byłoby wiedzieć, ile planet jest w systemie oraz czy zaobserwowany obiekt nie jest samotny. Naukowcy z uniwersytetu w Montrealu postanowili zbadać, czy na podstawie informacji zgromadzonych na temat gwiazdy, bądź jednej znalezionej egzoplanety, możemy wyliczyć ich całkowitą liczbę w systemie. Przeanalizowali oni dane zebrane przez Kosmiczny Teleskop Keplera wypatrujący okresowych spadków jasności gwiazd, dzięki którym odkryliśmy znaczną część egzoplanet. Do zbadania wybrano systemy, w których z dużą pewnością znajduje się co najmniej jedna egzoplaneta, a w systemach wielokrotnych w granicach błędu zaobserwowano ich więcej. Pozostawiło to naukowców z 376 systemami z pojedynczą egzoplanetą oraz 166 systemami zawierającymi kilka z nich.

Czy gwiazdy czymś się różnią?

W 542 przebadanych systemach nie ma widocznej różnicy w jasności obserwowanej między gwiazdami. Na poniższych wykresach przedstawiona została liczba pojedynczych (czerwony) i wielokrotnych (niebieski) systemów w zależności od masy gwiazdy, jej metaliczności – czyli stosunku zawartości pierwiastków cięższych niż hel do wodoru i helu – oraz prędkości kątowej. Obok wykresu umieszczono wartość p opisującą prawdopodobieństwo przypadkowej korelacji danych. Środkowy rząd podaje wartość 0,29 oznaczającą, że różnica w liczebności systemów pojedynczych i wielokrotnych z prawdopodobieństwem 29% jest przypadkiem, a więc nie jest statystycznie rzetelna. Mając do dyspozycji dowolną gwiazdę, nie jesteśmy w stanie stwierdzić, jak dużo egzoplanet będzie wokół niej orbitować.

Porównanie liczby pojedynczych (czerwony) i wielokrotnych (niebieski) systemów ze względu odpowiednio na masę gwiazdy, jej metaliczność i prędkość obrotu. Po prawej znajdują się wykresy rozkładu sumarycznego (CDF). Wartości p wskazują na brak różnic między systemami pojedynczymi i wielokrotnymi.

A może planety mogą nam powiedzieć, czy są samotne?

Z racji problemów ze znalezieniem wyraźnej różnicy między pojedynczymi a wielokrotnymi systemami w parametrach gwiazdy, zajęto się samymi egzoplanetami, a właściwie ich rozmiarami i okresem orbity. Poniższe wykresy pokazują zależność liczby tych ciał od ich promienia. Widać wyraźny dołek w okolicy 1,8 promienia Ziemi oraz zwiększenie występowania dla rozmiarów podobnych do Błękitnej Planety. Liczba zaobserwowanych egzoplanet jest jednak zbyt mała, by wyciągnąć ogólne wnioski. Ten dołek jest również widoczny w systemach wielokrotnych.

Porównanie promieni egzoplanet w systemach pojedynczych (czerwony) i wielokrotnych (niebieski). W kolejnych rzędach znajdują się odpowiednio: zależność liczby planet od ich promienia, zależność liczby planet od ich promienia w systemach wielokrotnych z podziałem na liczbę planet, w ostatnim rzędzie zbliżenie na wykres znajdujący się na górze. Po prawej znajdują się wykresy rozkładu sumarycznego.

Jeśli chodzi o zależność związaną z okresem obiegu, w systemach zawierających gorącego Jowisza, czyli planetę rozmiarów Jowisza o okresie obiegu mniejszym niż 10 dni, żaden z tych systemów nie zawiera większej liczby planet, co potwierdza wcześniejsze badania dotyczące rzadkości tego typu obiektów. Skupiając się jednak na planetach o promieniach mniejszych niż 4 promienie Ziemi, jeśli zaobserwowana planeta ma okres obiegu mniejszy od 3 dni, szansa na układ pojedynczy jest zdecydowanie większa, jednak powyżej 10 dni ta różnica przestaje być zauważalna. Wartość p równa 0,001 wskazuje, że w wypadku orbit krótszych od 3 dni prawdopodobieństwo wystąpienia nieprzypadkowej dystrybucji tego typu wynosi 99,9%. Jednakże tak krótki okres może oznaczać, że planet jest więcej, jednak orbitują one pod innym kątem, a co za tym idzie, nie tranzytują. Oznaczałoby to jednak, że między systemami wieloplanetarnymi powinny występować różnice, których jednak nie ma.

Rozkład okresów orbity planet o promieniu mniejszym niż 4 promienie Ziemi dla układów pojedynczych (czerwony) i wielokrotnych (niebieski) na górze. Na dole rozkład okresów orbity wszystkich planet w układach wielokrotnych z podziałem na liczbę egzoplanet w systemie.

Wnioski

Korzystając wyłącznie z danych dotyczących gwiazdy, niestety nie jesteśmy w stanie stwierdzić nic na temat liczby orbitujących ją egzoplanet, podobnie w wypadku rozmiaru planety. Używając połączenia rozmiaru i okresu obiegu planety możemy powiedzieć, że jeśli zaobserwowana egzoplaneta jest gorącym Jowiszem o okresie mniejszym od 10 dni lub planetą o promieniu mniejszym niż 4 promienie Ziemi obiegającą gwiazdę w mniej niż 3 dni, to najpewniej jest ona samotna. Jeśli okres obiegu jest większy niż 3 dni, nie możemy użyć tej samej metody do stwierdzenia, czy planet jest więcej. Wielką pomocą okazałoby się zwiększenie ilości danych czy badanie innych właściwości planet, takich jak masa czy mimośród ich orbity, jednak na to będziemy musieli jeszcze poczekać.

Source :

Astrobites

Autor

Paweł Sieczak