По данным Gaia и Hipparcos для 63 254 звёзд пустыня коричневых карликов лежит при отношении масс около 2%

В препринте на arXiv · препринт, ещё не прошедшем рецензирование, проанализирована астрометрия Hipparcos и Gaia DR2/DR3 для 63 254 звёзд. Авторы сообщают, что пустыня коричневых карликов, то есть дефицит компаньонов между гигантскими планетами и звёздами, лежит при фиксированном отношении массы компаньона к массе звезды q около 2%, а пустыня при фиксированной массе компаньона исключена arxiv.orgarXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗. Выборка охватывает компаньонов на орбитах 3–94 года (примерно 2–20 а. е.) у звёзд от M-карликов до B-звёзд.

По словам авторов, выборка на 1–2 порядка больше, чем в прежних демографических работах по широким орбитам. Они называют её первым единым обзором, где измерена частота и планетных, и звёздных компаньонов на таких орбитах в таком диапазоне масс звёзд.

Астрометрия и модель популяции вместо списка детекций

Компаньон смещает фотоцентр звезды по эллипсу вокруг общего центра масс, и Hipparcos и Gaia способны зарегистрировать этот сдвиг. Чувствительность падает лишь тогда, когда период орбиты превышает временну́ю базу данных. Она довольно однородна по спектральным классам, поскольку для доплеровского сдвига не нужны спектральные линии.

У большинства кандидатов в компаньоны периоды определены плохо, и лишь немногие удаётся подтвердить независимо. Поэтому авторы не вводили порога детекции. Иерархическая модель переносит неопределённость каждой системы на число компаньонов и их параметры и находит популяцию, которая лучше всего объясняет все звёзды сразу. Исходные данные — каталог апостериорных распределений G23H по Gaia DR2, DR3 и Hipparcos. Массы звёзд лежат в диапазоне 0,16–8,1 массы Солнца, для 99% — между 0,54 и 5,1; они ограничены по фотометрии Gaia и сеткам изохрон MIST arxiv.orgarXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.

Две популяции по разные стороны пустыни

Компаньонов резко не хватает при q около 2% независимо от массы звезды, от M до B. Ниже пустыни частота растёт с металличностью звезды, выше пустыни — падает.

Авторы предполагают, что пустыня разделяет две популяции, вероятно, два канала формирования, и каждая масштабируется с массой звезды. Самые лёгкие звёздоподобные компаньоны K-звёзд (около 13 масс Юпитера) легче самых тяжёлых планетоподобных компаньонов B-звёзд (около 27 масс Юпитера). Планетоподобная популяция продолжается заметно за пределы предела горения дейтерия. Отсюда авторы заключают, что физически осмысленная граница между планетами и их звёздоподобными аналогами определяется отношением масс, а не массой.

Работа выполнена до публикации эпохальной астрометрии Gaia DR4, от которой ожидают тысяч обнаружений планет arxiv.orgarXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.