Астрономи пояснили ритм орбітального обертання планет системи Trappist-1

Нам складно «розшифрувати» історію формування та міграції планетних систем, тому що більшість із них рано чи пізно з тих, чи інших причин втрачають «рівновагу» і збиваються з ритмічних орбіт. Іноді їхні планети навіть стикаються одна з одною. Тому так цінують системи, що зберегли свій ритм. Одна з них – Trappist-1. Нарешті, вчені пояснили незвичайну ритмічність орбітального обертання її семи планет.

Система Trappist-1 розташована за 40 світлових років від нас. У її центрі — маленький і холодний червоний карлик, який за масою приблизно в 10 разів менший за Сонце. Навколо літають сім планет: чотири зіставні за масою із Землею, решта вдвічі менша. Незважаючи на розміри, навряд вони придатні для життя. Система настільки компактна, що із запасом помістилася б усередині орбіти Меркурія. Її головна особливість – резонансний рух планет.

Орбітальний резонанс — ситуація, коли періоди звернення планет співвідносяться як натуральні числа. У системі Trappist-1 планети утримують резонанс у парах: 8:5, 5:3, 3:2, 3:2, 4:3 та 3:2. Так за кожні вісім обертів першої планети Trappist-1b друга планета Trappist-1c встигає зробити п’ять. До речі, вони обертаються швидко. Перша робить оберт навколо зірки за 1,5 земного дня, а найдальша, Trappist-1h, — за 18,7 земного дня.

Подібна ритмічність — ознака того, що система «зберегла» історію простої міграції своїх планет у диску, тобто під дією сил гравітації між планетами, що формуються, і газом у протопланетному диску. Проблема в тому, що така міграція в системі на кшталт Trappist-1 мала дати простіші резонанси між найближчими до зірки планетами. Як показало комп’ютерне моделювання, замість 8:5 та 5:3 у Trappist-1b, c та d повинен бути ритм 3:2.

Вчені намагалися пояснити зміну резонансу між планетами Trappist-1 через особливі умови, що сформувалися на диску. Вони припустили, що диск Trappist-1 був у 50 разів ефективніший у своєму впливі на планети, ніж можна очікувати від такої системи.

У новому дослідженні, результати якого опубліковані в журналі Nature Astronomy, астрономи запропонували інший сценарій. Вони відштовхнулися від ідеї розсіювання та усунення кордону самого протопланетного диска. Виявилося, що у цьому випадку планети самі змінюють ритми свого обертання.

За розрахунками авторів нової роботи, внутрішні планети системи Trappist-1, тобто планети Trappist-1b, c, d і е, сформували резонанси 3:2, коли диск поблизу зірки почав розсіюватися. Тоді найближчі до зірки планети стали «падати» в простір, що відкрився. Тим часом планета Trappist-1е, найдальша з них, «притягнулася» до внутрішнього кордону протопланетного диска.

Диск продовжував розсіюватись. Trappist-1е «слідувала» за ним, віддаляючись від внутрішніх планет і втрачаючи з ними «ритмічний» зв’язок. Внутрішні планети при цьому продовжували наближатися до зірки, вийшовши на самі загадкові резонанси 8:5 і 5:3.

У якийсь момент, слідуючи за диском, планета Trappist-1е «наткнулася» на пару зовнішніх планет Trappist-1f і g, що мігрує «всередину». Вони «вибили» її з межі диска, і Trappist-1е почала зворотний рух до зірки, де знову зустрілася з Trappist-1d. У процесі зближення Trappist-1e, ймовірно, пройшла з Trappist-1d через резонанси 9:5, 5:3, 8:5, доки не повернулася з нею в ритм 3:2. Вже пізніше ззовні мігрувала планета h, сформувавши резонанс із планетою g. Так і виникла сучасна система Trappist-1.

«Вивчаючи Trappist-1, ми змогли протестувати нові гіпотези про еволюцію планетних систем. Trappist-1 дуже цікава своєю складністю, своїм довгим ланцюжком планет. Це чудовий зразок для перевірки альтернативних теорій щодо формування планетних систем», — пояснила Габріель Пік’єррі (Gabriele Pichierri), дослідник з Каліфорнійського технологічного інституту (США) та один з авторів нової роботи. Вона працює у групі професора Костянтина Батигіна, одного із творців гіпотези про існування дев’ятої планети Сонячної системи. Він виступив співавтором нової публікації.