Планетний «канібалізм» є звичайним явищем, стверджують вчені

Наскільки стабільні планетарні системи? Чи Земля та її семеро братів і сестер завжди продовжуватимуть йти своїм небесним шляхом, чи ми можемо одного разу бути випадково викинуті з нашого космічного дому?

Фізики розуміють правила, які керують орбітами двох небесних тіл, але як тільки додається третє (не кажучи вже про четверте, п’яте чи соте), динаміка стає набагато складнішою. Виникають непередбачувані нестабільності, коли об’єкт може бути випадковим чином викинутий у космос або впасти на головну зірку.

Так звана «проблема трьох тіл» хвилювала вчених протягом століть (і нещодавно стала основою для серії бестселерів науково-фантастичних романів і нової екранізації Netflix). Однією з перешкод для розуміння цього було те, що ми знаємо відносно мало про те, наскільки часто виникають такі катастрофічні нестабільності.

У новому дослідженні, опублікованому в Nature, ми та наші колеги пролили світло на це питання. Під час огляду найближчих зірок ми виявили, що кожна дюжина пар зірок могла поглинути планету, ймовірно, через те, що планета «похитнулася» на своїй орбіті та впала на зірку.

Навчання близнюків

Наше дослідження виявило, що принаймні 8% пар зірок у нашій вибірці демонструють хімічні аномалії, що вказує на те, що одна зірка поглинула планетарний матеріал, який колись обертався навколо неї. Щоб виявити цей тонкий сигнал, нам довелося виключити інші можливі пояснення цих хімічних моделей. Тому ми зосередилися на «зірках-близнюках», які, як відомо, народилися одночасно з однакової суміші матеріалів.

Цей підхід може усунути змішуючі фактори, так само як дослідження близнюків іноді використовуються в соціологічних або медичних дослідженнях. Результат отримано в результаті опитування зірок-близнюків під назвою C3PO, який один з авторів (Ting) ініціював у США, а Лю та інші пізніше приєдналися.

Наша команда зібрала вишуканий зразок спектроскопічних даних із 91 пари зірок-близнюків — у багато разів більше, ніж аналогічні дослідження, проведені в минулому. Ми виявили, що деякі зірки відрізняються від своїх близнюків, демонструючи чітку хімічну структуру з більшою кількістю певних елементів, таких як залізо, нікель і титан, порівняно з іншими, такими як вуглець і кисень. Ці відмінності вказують на вагомі докази того, що зірка поглинула планету.

Нестабільність може бути несподівано поширеною

Якщо зірка-господар поглинає одного або кількох членів планетної системи, це означає, що в динаміці системи мала місце певна нестабільність. Симуляції показують, що така нестабільність може бути звичайною на початку життя планетарної системи — перші 100 мільйонів років або близько того. Однак будь-які сліди планет, поглинених протягом цього раннього періоду, були б невиявленими на зірках, які ми спостерігали, яким мільярди років.

Це свідчить про те, що хімічні аномалії, які ми бачили, були спричинені нещодавніми нестабільностями, що призвело до того, що зірки споживали деякі планети чи планетарний матеріал.

Це відкриття не зовсім несподіване. Теоретики, які вивчають планетарну динаміку, у тому числі наш співавтор Бертрам Бітч, відзначили, що багато планетних систем, як відомо, є нестабільними, особливо серед систем із свого роду планетами, які називаються «суперземлями» — дещо більшими за Землю, але набагато меншими. ніж такі гіганти, як Юпітер.

Системи, включаючи планету-суперземлю, можуть бути особливо нестабільними. Гравітаційне перетягування канату між головною зіркою та її масивними планетами може спричинити нестабільність.

Делікатний баланс

Наше дослідження спонукає нас переглянути наше місце у Всесвіті. Хоча ми сприймаємо стабільність як належне в нашій Сонячній системі, це може бути ненормальним у всьому космосі. Наше дослідження не припускає, що ми можемо побачити такі нестабільності в нашій власній сонячній системі. Проте, навіть з нашими новими результатами, важливо визнати, що поглинання планет і нестабільність все ще відбуваються лише в меншості випадків.

Ми сподіваємося, що наше дослідження надихне більше людей вивчати планетні системи та їхній зв’язок із зірками-господарями. Наше розуміння динаміки систем багатьох тіл ще дуже неповне. Оскільки ми продовжуємо досліджувати таємниці космосу, подібні дослідження нагадують нам про тонкий баланс, який дозволяє життю процвітати на Землі, і потенційну крихкість нашого космічного дому.