arxiv:1102.0291 Плотно упакованная система маломассивных транзитных планет с мал

[Сергей Попов]

arxiv:1102.0291 Плотно упакованная система маломассивных транзитных планет с малой плотностью Kepler-11 (A Closely-Packed System of Low-Mass, Low-Density Planets Transiting Kepler-11)
Authors: Jack J. Lissauer et al.
Comments: 54 pages, published in Nature

Открыта удивительная система. У звезды типа Солнца вращается шесть планет. Все они транзитные. Пять имеют орбитальные периоды от 10 до 47 дней. Внутренние планеты относятся к числу самых легких из известных, но оценки радиуса указывают на низкую среднюю плотность: у планет есть оболочки из легких газов.

http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/250.html#arxiv/1102.0291

[ivanij]

 Как раз сегодня утром даже по ТВ в новостях об этом сообщали. Но, по-видимому, вряд ли такие планеты пригодны для жизни. Слишком мало расстояние до звезды. А звезда, как сказано, солнечного типа. При этом самая дальняя планета вращается почти вдвое быстрее, чем Меркурий вокруг Солнца.

[Olweg]

Ох уж эти журналисты. Вдвое короче период у предпоследней планеты, а у самой дальней все таки побольше.

[armadillo]

Возьмем по другому - какая плотность будет у воды, если не у силикатов, при тех температурах?
И опишите плиз как определили их плотность, а не массу.

[Сергей Попов]

Возьмем по другому - какая плотность будет у воды, если не у силикатов, при тех температурах?
И опишите плиз как определили их плотность, а не массу.

Планеты транзитные. Для них непосредственно известен радиус. Ну и масса.

[armadillo]

У них может быть непрозрачное гало из солнечного ветра и еще хз что.
Но сначала действительно понять температуру на их поверхности, приливной нагрев и прикинуть ожидаемую плотность разных веществ.

[Сергей Попов]

У них может быть непрозрачное гало из солнечного ветра и еще хз что.

В внутре - неонка!

[armadillo]

Давайте все же всерьез обсудим варианты.

Вопросы - насколько старая система?

Age   8 (± 2) Gyr

это в чем? Галактический год? 2млрд лет +-0.5?
Очевидно, что там сплошная динамика.

Если Меркурий запихнуть на такую орбиту он расплавится?
Если излучение звезды равно Солнечному (а она как минимум не меньше по радиусу) то внутренняя планета получает в 4^2=16 раз больше энергии излучением. Плюс ее размеры намного больше. Как выглядит железо при температуре скажем 3к?
Приливной нагрев может разогреть недра больше, чем поверхность.

0.091 (± 0.003) AU       0.106 (± 0.004) AU

Эти могут и орбитами меняться.

[L_Pt]

Вопросы - насколько старая система?

Age   8 (± 2) Gyr

это в чем? Галактический год? 2млрд лет +-0.5?
Очевидно, что там сплошная динамика.

Это миллиарды земных лет.

Звезда довольно старая.

[armadillo]

Меня интересует соотношение вращения звезды и планет. Если они действительно синхронизированы все вместе, то это крайне редкая система.  Получается явно не образование планет, а сплошные захваты.
И если они гонят приливную волну по звезде то как это нагревает их самих?

Железо кипит при температуре 3134К
Вполне возможный вариант.

[L_Pt]

Там даже у планеты b равновесная радиационная температура около 1000 К. У остальных меньше.

[armadillo]

Угу, поэтому меня и интересует приливной нагрев.

[armadillo]

В общем, такая система выглядит маловероятной.

- по нашим представлениям планеты из легких газов не смогли бы образоваться так близко от звезды.
- у них странные, возможно пересекающиеся (как минимум у двух внутренних) орбиты. Что тоже не говорит в пользу образования планет обычным способом.
- маловероятно вообще существование планет из легких газов. Их бы сдуло.

В общем, самым вероятным на мой взгляд все же неточная интерпретация наблюдений.
Если же мы наблюдаем динамику сдувания, скажем после недавнего захвата, то там кометные хвосты размером больше звезды и непонятно, чей размер и как определен.

[L_Pt]

Почему планеты из легких газов?
b и c по плотностям хорошо подходят для сугубо водных планет.
d, e и f уже больше похожи на нептуны, с несколько протяженной водородо-гелиевой атмосферой.

[Алекс636363]

Упакованность системы, в общем-то, сопоставима с упакованностью системы Юпитера, если соответственно увеличить массы в последней в 1000 раз и расстояния в 1000^(1/2). Так что и 8 млрд лет - не помеха стабильному существованию. Но все равно есть ощущение, что недавно там произошли бурные события.

[armadillo]

Там освещение в 16 раз больше, чем у Меркурия. Скорость молекул слишком близка к скорости убегания.
Водород сдует нах на расстояние орбиты Юпитера.
Воду у внутренних планет предполагаю тоже. В этом и загадка.

[ivanij]

Ох уж эти журналисты. Вдвое короче период у предпоследней планеты, а у самой дальней все таки побольше.

Журналисты здесь не причём. Это мой промах. Однако и в аннотации к обзору указан период предпоследней планеты. Естественно на его значение я и обратил внимание в первую очередь.
 Но важно другое. Чем больше открывается внесолнечных планет, тем разнообразнее эти системы. Думаю, вряд ли сейчас существуют более или менее правдоподобные теории, позволяющие найти что-то общее в описании возможных путей их эволюции.

[L_Pt]

Там освещение в 16 раз больше, чем у Меркурия. Скорость молекул слишком близка к скорости убегания.
Водород сдует нах на расстояние орбиты Юпитера.
Воду у внутренних планет предполагаю тоже. В этом и загадка.

Да, у всех этих планет вторая космическая выходит явно недостаточна для удержания водорода.
Вода непосредственно диссипировать не должна. Только медленным радиолизом водород будет улетучиваться.

[armadillo]

а взялась там вода откуда? изначально?

вторая космическая там небольшая из-за большого радиуса.

[L_Pt]

а взялась там вода откуда? изначально?

вторая космическая там небольшая из-за большого радиуса.

Как будто ранее не были известны горячие юпитеры и нептуны, которых по идее и быть то не должно.  Либо миграция либо еще что-то, кто знает наверняка…
Вторая космическая только у f меньше земной, остальные все таки довольно массивные планеты.

[armadillo]

Угу. только скорость молекулы воды там повыше чем у Земли. почти 1200м/с среднеквадратичная при 1000К

[L_Pt]

Угу. только скорость молекулы воды там повыше чем у Земли. почти 1200м/с среднеквадратичная при 1000К

У меня получилось 960 м/с…

Ну а для того, чтобы молекулы газа эффективно диссипировали с планеты d, средняя тепловая скорость молекул должна быть не менее 0.2•16,55=3.31 км/с.

С планеты f, соответственно, 2.10 км/с.

[vsevolodson]

звёзда достаточно много излучает УФ, чтобы эффективно убегал водород, а не вода

Как будто ранее не были известны горячие юпитеры и нептуны, которых по идее и быть то не должно.  Либо миграция либо еще что-то, кто знает наверняка…

маловата масса будет для плотных ядер этих планет, в модели не очень укладывается
у нептунов и юпитеров предполагается скалистое ядро массой 3..30 земных
если предполагается миграция и что на этих планетах ещё остались газы, значит масса ядра из плотных пород должна быть ещё меньше
а меньше-то уже некуда

[vsevolodson]

Упакованность системы, в общем-то, сопоставима с упакованностью системы Юпитера...

это не так, массивные спутники Юпитера в строгом лапласовском резонансе 1:2:4, а остальное - это маломассивный хлам, не оказывающий заметного гравитационного влияния

возникла идея:
от 2-х до 4-х самых маломассивных из этих 6-и планет - это растерянные спутники одной/двух самых массивных из этих 6-и планет

[geomath]

Откуда взялась оценка 8 (± 2) Gyr? Я в препринте такой не обнаружил (хотя цифра 8 Gyr там действительно есть, тоже непонятно откуда взявшаяся). Тем более что в нее невозможно поверить.

[armadillo]

Добавьте в первый пост темы:
http://exoplanet.eu/star.php?st=Kepler-11

[geomath]

Впрочем, нет, нашел: 6-10 Gyr, но все равно трудно поверить...

[Крупин]

    В системе 6-ти планет можно усмотреть следующую закономерность. Рассмотрим гипотетические астероиды, обращающиеся по Гоману между орбитой крупнейшей - самой удалённой планеты и орбитами 4-х нижележащих планет. Эти астероиды окажутся с внешней планетой в следующих орбитальных резонансах:
 2,03/3 =2 : 3 ; 2,99/5 = 3 : 5 ; 4,96/9 = 5 : 9 ; 0,96/2 = 1 : 2 .
   Возьмём первые три члена этой последовательности: 2 : 3 , 3 : 5 , 5 : 9. Знаменатели у них нечётные, а числитель = (знаменатель + 1)/2. Последующий резонанс 1 : 2 можно рассматривать как предельный случай при стремящемся в бесконечность знаменателе. Есть пропуск  4 : 7. Может там тоже есть планета, только немного не в плоскости остальных?
  Подобного рода соотношения не редкость в нашей планетной системе и спутниковых системах планет-гигантов http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,77931.0.html

[armadillo]

СС в этом случае как моделируется? Пояс астероидов куда попадает?

[Olweg]

Впрочем, нет, нашел: 6-10 Gyr, но все равно трудно поверить...

А что такого невероятного?

[armadillo]

Система явно находится в активной  динамике, за 2 млрд лет все должно было давно устаканиться.

[Dem]

На НК посчитали - есть резонанс
логарифм от радиуса - ложится на прямую

[vsevolodson]

а как связаны резонанс и логарифм радиуса большой полуоси? причём здесь резонанс?

[Klapaucius]

Да, и что это вообще за график? По какой оси логарифм радиуса (видимо по вертикали) и что по другой?
А, понял, по вертикали большая полуось в a.e., а по горизонтали просто номер планеты.

Система явно находится в активной  динамике, за 2 млрд лет все должно было давно устаканиться.

- откуда опять 2 миллиарда лет? Вам уже ответили, что Gyr это не галактический год, а гигагод, миллиард лет. Звезда по всей видимости старше Солнца.

Ещё заинтересовала 6я планетка. По ссылке в начале темы указывается только верхняя граница массы, меньше 300 земных. Зато радиус известен. На сайте Вики Воробьёвой http://www.allplanets.ru/star.php?star=Kepler-11 видимо указано то же самое, но уже без уточнения что это верхняя планка.
Но так и так получается нонсенс. Плотность в 6 раз больше земной, под 40 г/см^3 !
Даже если ошибка на порядок, и масса "всего" 30 земных, плотность планеты-гиганта (самой дальней из обнаруженных, а более близкие наоборот, по массе маленькие а плотность зачастую как у Сатурна) будет как у Марса!

Если "поиграться" плотностями в пределах погрешности у пяти планет, может будет что-то удобоваримое, хотя и феноменальное. Но порядок массы 6й планеты видимо оценён неверно.

[Olweg]

Ошибки нет - указан лишь верхний предел масс, который даёт доплеровская спектрометрия. Конечно, планета должна быть минимум на порядок легче.

[vsevolodson]

Ошибки нет - указан лишь верхний предел масс, который даёт доплеровская спектрометрия.

странно, обычно она даёт нижний предел (если наклон плоскости орбиты неизвестен)
получается массы планет были замерены без привлечения луческоростного метода? таймингом транзитов чтоль?

[Olweg]

Нижний предел - если сигнал обнаружен (но для транзитных планет он же равен истинной массе, т.к. sin i=1). А так да, использовали тайминг, сделав дополнительно несколько RV-замеров.

[vsevolodson]

неплохо работают эти два метода в паре

[Klapaucius]

Да, ошибки с массой нет, но может ввести в заблуждение. Так рождаются нездоровые сенсации

Вот ещё момент. В интернете в 2-3 ссылках указывается, что расстояние до звезды 2000 св. лет (вроде вчера где-то видел 923, но наверное показалось). Что соответствует 613 пс на allplanets.ru
Но скорее всего точность не в 3 или 4, а во 2 или даже первом знаке (вряд ли так совпало, ровнёхонько 2000, хотя может сейчас параллаксы для таких расстояний уже меряют неплохо, и совпало  - не знаю). Что например может значительно сказаться на оценке светимости звезды.
Может это сказаться на оценке её массы и следовательно больших полуосях орбит планет? Это учтено например в погрешностях (там 10% для больших полуосей и радиусов, для масс побольше), или погрешность параллакса нужно учитывать отдельно? Или вообще не нужно?

[vsevolodson]

хороший вопрос, присоеднияюсь
в случае луческоростного метода масса звезды оценивается по модели, остальное - от неё уже

[vika vorobyeva]

Вот ещё момент. В интернете в 2-3 ссылках указывается, что расстояние до звезды 2000 св. лет (вроде вчера где-то видел 923, но наверное показалось). Что соответствует 613 пс на allplanets.ru

Я сначала посчитала расстояние сама, получила 640 пк. Потом увидела цифру 613 пк на сайте Кеплера, исправила. Решила, что авторам виднее
Считала тупо: полагая звезду аналогичной Солнцу, вычисляла отношение светимостей единичной поверхности Kepler-11 и Солнца, возводя в 4-ю степень отношение  температур их фотосфер, и умножала полученное на отношение квадратов радиусов.
А именно,
L = (5680/5780)⁴ * 1.1² = 1.128 светимостей Солнца.
Дальше считала расстояние по известной формуле
M = m_v + 5 - 5*lg d
Поскольку температура фотосферы звезды приведена с погрешностью 100К, а радиус звезды известен с точностью 10%, расстояние до звезды в лучшем случае известно с той же точностью (т.е. ± 60 пк).

[Борислав]

В статье пишут параметры звезды находили, на основе спектра высокого разрешения и эволюционных звездных моделей.

Ground-based Spectroscopy
We performed a standard spectroscopic analysis11,12 of a high resolution spectrum of Kepler-11 taken at the Keck I telescope. We derive an effective temperature, Teff = 5680±100 K, surface gravity, log g = 4.3±0.2 (cgs), metallicity, [Fe/H] = 0.0±0.1 dex, and projected stellar equatorial rotation v sin i = 0.4±0.5 km/s. Combining these measurements with stellar evolutionary tracks13,14 yields estimates of the star's mass, M*= 0.95±0.10 M(s), and radius, R* = 1.1±0.1 R(s), where the subscript (s) signifies solar values. Estimates of the stellar density based upon transit observations are consistent
with these spectroscopically-determined parameters. Therefore, we adopt these stellar values for the rest of the paper, and note that the planet radii scale linearly with the stellar radius. Additional details on these studies are provided in the SI.

[vsevolodson]

точно, зная ускорение притяжения на поверхности и радиус, можно легко найти массу

[Klapaucius]

Поскольку температура фотосферы звезды приведена с погрешностью 100К, а радиус звезды известен с точностью 10%, расстояние до звезды в лучшем случае известно с той же точностью (т.е. ± 60 пк).

Я так понял, всё же радиус звезды определяют по расстоянию до неё (и на основе других параметров  - визуальной светимости и температуры, если измерение радиуса не напрямую, но они оба всегда много точнее чем расстояние) а не наоборот? И все эти 10% (где они встречаются) для данной звезды и её планет не "случайны", а завязаны на погрешность определения параллакса?

Или не так? Параллакс вообще не измеряли (вообще-то он очень маленький для такого расстояния, но вроде измерим), а каким-то методом напрямую измерили например surface gravity, log g = 4.3±0.2 (cgs), ускорение на поверхности. Что-то не верится.

[Крупин]

параллакс определяется лишь у ближайших звёзд. Бетельгейзе и какие-то другие замерили интерферометром. Расстояние до дальних определяется по диаграмме Г-Р

[Dayan]

Я сначала посчитала расстояние сама, получила 640 пк. Потом увидела цифру 613 пк на сайте Кеплера, исправила. Решила, что авторам виднее
Считала тупо: полагая звезду аналогичной Солнцу, вычисляла отношение светимостей единичной поверхности Kepler-11 и Солнца, возводя в 4-ю степень отношение  температур их фотосфер, и умножала полученное на отношение квадратов радиусов.
А именно,
L = (5680/5780)⁴ * 1.1² = 1.128 светимостей Солнца.
Дальше считала расстояние по известной формуле
M = m_v + 5 - 5*lg d
Поскольку температура фотосферы звезды приведена с погрешностью 100К, а радиус звезды известен с точностью 10%, расстояние до звезды в лучшем случае известно с той же точностью (т.е. ± 60 пк).

Я получил тоже самое по тем же формулам, но Вика, цифры для видимого блеска могут отличаться по той простой причине, что для расстояния порядка тысяч световых лет наверняка уже будет сказываться поглощение межзвёздной среды. Но, так как коэффициентов поглощения мы не знаем, для таких далёких объектов можем более точно полагаться на эффективную тем-ру и радиус, нежели на видимый блеск и расстояние.

[armadillo]

Данные от разных способов надо сопоставлять. А поглощение среды можно выяснить сопоставлением данных о звездах в том же направлении (и тоже разных методов).