Возможно, исследователи наконец-то разгадали происхождение системы TRAPPIST-1 — сложного комплекса из семи планет, расположенного примерно в 40 световых годах от нас. Многие астрономы и астробиологи считают, что эти планеты могут предоставить знаковую возможность для обнаружения жизни за пределами Солнечной системы. Тем не менее, они также показывают необычные орбитальные схемы.
Недавние открытия позволяют объяснить, как эти орбитальные схемы могли возникнуть.
Когда планеты формируются вокруг молодой звезды, их орбитальные периоды часто вступают в «резонанс» друг с другом. Например, внутренняя планета может совершать ровно два оборота за каждый оборот внешней планеты, это резонанс 2:1. Такой обмен гравитационной энергией между резонансными планетами часто делает их орбиты нестабильными, увеличивая орбитальные периоды, пока планеты не покинут резонанс. Другой распространённый тип резонанса — 3:2.
Хотя планетарные резонансы часто становятся нестабильными со временем, как это происходит в нашей солнечной системе, они могут оставаться стабильными в некоторых системах, таких как TRAPPIST-1. Системы со стабильными резонансами, вероятно, становятся таковыми за счёт своей компактности: семь планет TRAPPIST-1 расположены на расстоянии менее 8 миллионов километров друг от друга и могут несколько раз уместиться внутри орбиты Меркурия.
Три внешние планеты TRAPPIST-1, обозначенные Trappist-1f, Trappist-1g и Trappist-1h (где Trappist-1a — это звезда), находятся в резонансной цепочке 3:2. «Внешние планеты демонстрируют закономерное поведение, ожидаемое при простых резонансах. Но внутренние планеты проявляют более сложные резонансы», — отмечает Габриэле Пичьерри, планетолог из Калтеха. Например, орбитальные периоды двух самых внутренних планет, Trappist-1b и Trappist-1c, находятся в резонансе 8:5, что означает, что планета b совершает восемь оборотов за каждые пять оборотов планеты c. В свою очередь, планеты c и d находятся в резонансе 5:3.
Пичьерри, ведущий автор нового исследования, заглянул в раннюю историю TRAPPIST-1, чтобы понять, как эти планеты оказались в текущей конфигурации. Учёные воссоздали историю о перемещающемся протопланетном диске из газа и пыли и мощных крутящих моментах, которые двигали планеты.
Сначала сформировались самые внутренние планеты, поэтому Пичьерри и его команда разделили систему TRAPPIST-1 на две подгруппы: внутренние планеты b, c, d и e, и внешние планеты f, g и h. В отличие от нашей Солнечной системы, где внешние планеты являются газовыми гигантами, внешние планеты TRAPPIST-1 — каменистые. Моделирование выявило три фазы эволюции системы.
На первом этапе все четыре внутренние планеты находятся в резонансах 3:2 друг с другом; b и c находятся в орбитальном резонансе 3:2, как и c и d, а также d и e. Через некоторое время, когда внутренняя красная карликовая звезда начала ядерный синтез и производить излучение, оно рассеивало протопланетный диск, расширяя его внутренние границы.
Во второй фазе планета e, находясь на отступающем внутреннем крае диска, переместилась наружу, отдаляясь от Trappist-1b, Trappist-1c и Trappist-1d и приближаясь к формирующимся внешним планетам. Это вызвало колебания орбит b, c и d, и они пересекли резонансы 8:5 и 5:3, но затем были отклонены назад гравитационным влиянием внешней системы, установившись в резонансах 8:5 и 5:3, которые наблюдаются сегодня.
В финальной фазе сформировались три внешние планеты. Обычно при формировании планет в протопланетном диске они теряют орбитальный угловой момент, обменяясь им с диском. Это приводит к их миграции к внутреннему краю диска. В случае системы TRAPPIST-1 это, скорее всего, оттолкнуло Trappist-1e назад, пока внутренняя и внешняя части системы не установились в нынешней конфигурации.
«Изучая TRAPPIST-1, мы смогли проверить новые интересные гипотезы об эволюции планетарных систем. TRAPPIST-1 крайне любопытна из-за её сложной структуры: это протяжённая планетарная цепь, идеальный объект для проверки альтернативных теорий формирования планетарных систем», — заявил Пичьерри. Исследование было опубликовано 20 августа в журнале Nature Astronomy.
Источник: iXBT
