Кредит за изображение: NWU
Особените орбити на три планети, които се въртят около далечна звезда, могат да се обяснят само ако невиждана четвърта планета пробие и ги извади от кръговите си орбити, според ново проучване на изследователи от Калифорнийския университет, Бъркли и Северозападния университет.
Изводът се основава на компютърни екстраполации от 13 години наблюдения на движенията на планетата около звездата Upsilon Andromedae. Това предполага, че некръговите и често силно елиптични орбити на много от откритите досега екстрасоларни планети може да са резултат от разсейване на планети една от друга. При такъв сценарий смущаващата планета може да бъде изстреляна изцяло от системата или да бъде изхвърлена в далечна орбита, оставяйки вътрешните планети с ексцентрични орбити.
„Това вероятно е една от двете или три екстрасоларни системи, които имат най-добри наблюдения и най-строги ограничения и това разказва уникална история“, казва Ерик Форд, докторантист от Милър в UC Berkeley. „Нашето обяснение е, че оригиналната орбита на външната планета е била кръгова, но този внезапен удар, който трайно промени орбитата си на силно ексцентрична. За да осигурим този ритник, предположихме, че има допълнителна планета, която не виждаме сега. Вярваме, че сега разбираме как работи тази система. "
Ако такава планета се е каромирала през нашата Слънчева система в началото на своята история, отбелязаха изследователите, вътрешните планети може да не разполагат с толкова добре кръгови орбити и въз основа на настоящите предположения за произхода на живота климатът на Земята може да се колебае твърде много за да е възникнал животът.
„Докато планетите в нашата Слънчева система остават стабилни в продължение на милиарди години, това не беше така за планетите, обикалящи около Орпилон Andromedae“, каза Форд. „Докато тези планети може би са се образували подобно на Юпитер и Сатурн, сегашните им орбити са изваяни от късна фаза на хаотични и насилствени взаимодействия.“
Според колегата на Ford, Фредерик А. Расио, доцент по физика и астрономия в Северозападната част, „Нашите резултати показват, че един прост механизъм, често наричан„ разсейване на планетата-планета “- нещо като ефект на прашка поради внезапното гравитационно дърпане между двама планетите, когато се приближат много една до друга - трябва да са отговорни за силно ексцентричните орбити, наблюдавани в системата Upsilon Andromedae. Вярваме, че разсейването на планетата и планетата се е случвало често в извънсоларни планетарни системи, а не само в тази, в резултат на силни нестабилности. Така че, макар планетарните системи около други звезди да са често срещани, видовете системи, които биха могли да поддържат живота, който, подобно на нашата Слънчева система, вероятно трябва да остане стабилен в много дълги времеви мащаби, може да не са толкова често срещани. "
Компютърните симулации са отчетени в броя от 14 април на списанието Nature от Ford, Расио и Верене Листад, студент по специалност физика в Северозападен. Форд беше студент на Расио в Масачузетския технологичен институт, преди да продължи следването си в университета в Принстън и да пристигне в UC Berkeley през 2004 година.
Планетарната система около Upsilon Andromedae е една от най-изследваните от 160-някои системи с планети, открити досега извън нашата собствена Слънчева система. Вътрешната планета, „горещ Юпитер“, толкова близо до звездата, че орбитата й е само няколко дни, беше открита през 1996 г. от Джеф Марси от UC Berkeley и неговия екип за лов на планети. Двете външни планети, с удължени орбити, които силно се смущават, са открити през 1999 г. Тези три огромни планети, подобни на Юпитер около Upsilon Andromedae, представляват първата екстрасоларна многопланетна система, открита чрез Доплерова спектроскопия.
Поради необичайната природа на планетарните орбити около Upsilon Andromedae, Марси и неговият екип са го изучили интензивно, като са направили близо 500 наблюдения - 10 пъти повече, отколкото за повечето други извънзоларни планети, които са били открити. Тези наблюдения, колебанията в движението на звездата, предизвикани от орбиталните планети, позволяват много точно очертаване на движенията на планетите около звездата.
"Наблюденията са толкова прецизни, че можем да наблюдаваме и да прогнозираме какво ще се случи за десетки хиляди години в бъдеще", каза Форд.
Днес, докато най-вътрешната планета се сгушва близо до звездата, двете външни планети орбитират в орбита с форма на яйце. Компютърни симулации на минали и бъдещи орбитални промени показаха обаче, че външните планети са ангажирани с повтарящ се танц, който веднъж на всеки 7 000 години извежда орбитата на средната планета в кръг.
„Това свойство да се върне на много кръгла орбита е доста забележително и като цяло не се случва“, каза Форд. „Естественото обяснение е, че веднъж двамата са били в кръгови орбити и един е получил голям ритник, който е станал ексцентричен. След това последващата еволюция накара другата планета да нарасне ексцентричността си, но поради запазването на енергията и ъгловия импулс, тя се връща периодично на почти почти кръгова орбита. "
Преди това астрономите предложиха два възможни сценария за формирането на планетната система на Upsilon Andromedae, но данните от наблюденията все още не бяха достатъчни, за да разграничат двата модела. Друг астроном, Рину Малхотра от Университета в Аризона, по-рано предполагаше, че разпръскването на планетата може да е възбудило ексцентрисите в Upsilon Andromedae. Но алтернативно обяснение твърди, че взаимодействията между планетите и газовия диск, заобикалящи звездата, също биха могли да предизвикат такива ексцентрични орбити. Чрез комбиниране на допълнителни данни за наблюдение с нови компютърни модели, Форд и неговите колеги успяха да покажат, че взаимодействията с газов диск не биха произвели наблюдаваните орбити, но че взаимодействията с друга планета естествено би ги произвели.
„Основната отличителна черта между тези теории беше, че взаимодействията с външен диск ще доведат до промяна на орбитите много бавно и силно взаимодействие с преминаваща планета би причинило орбитите да се променят много бързо в сравнение със 7000-годишната времева скала за орбитите се развиват “, каза Форд. „Тъй като двете хипотези правят различни прогнози за развитието на системата, можем да ограничим историята на системата въз основа на текущите планетни орбити.“
Форд каза, че тъй като планетите, образувани в диска от газ и прах, влаченето на планетите би поддържало орбитите им кръгови. След като прахът и газът се разсеяха обаче, само взаимодействие с преминаваща планета можеше да създаде конкретните орбити на двете външни планети, наблюдавани днес. Може би, отбеляза той, смущаващата планета беше разбита във вътрешните планети чрез взаимодействия с други планети, далеч от централната звезда.
Както и да е започнало обаче, получените хаотични взаимодействия биха създали много ексцентрична орбита за третата планета, която след това постепенно изтръпва орбитата на втората планета. Тъй като външната планета доминира над системата, с течение на времето тя смущава орбитата на средната планета достатъчно, за да я деформира бавно и в ексцентрична орбита, което се вижда днес, въпреки че на всеки 7 000 години или повече, средната планета се връща постепенно в кръгова орбита.
„Това прави системата толкова особена“, каза Расио. „Обикновено гравитационното свързване между две елиптични орбити никога не би накарало човек да се върне към почти перфектен кръг. Кръгът е много специален. "
„Първоначално основната цел на нашето изследване беше да симулираме планетарната система Upsilon Andromedae, по същество с цел да се определи дали външните две планети лежат в една и съща равнина, както правят планетите в Слънчевата система“, казва Листад, който започва работа с Rasio когато тя е била второкурсник и е направила много от компютърните интеграции като част от своята висша теза. „С изненада установихме, че при много от нашите симулации беше трудно да се каже дали планетите са в една и съща равнина поради факта, че орбитата на средната планета периодично става толкова почти кръгова. След като забелязахме това странно поведение присъства във всички наши симулации, го разпознахме като белег на система, претърпяла разсейване на планетата и планетата. Разбрахме, че се случва нещо много по-интересно от всеки, който беше открил преди. “
Разбирането на случилото се по време на формирането и еволюцията на Upsilon Andromedae и други извънсоларни планетарни системи има големи последици за нашата собствена слънчева система.
„След като разберете, че повечето от известните екстрасоларни планети имат силно ексцентрични орбити (като планетите в Upsilon Andromedae), започвате да се чудите дали може да има нещо специално в нашата слънчева система“, каза Форд. „Може ли насилственото разсейване на планетата да бъде толкова често, че малко планетни системи остават спокойни и обитаеми? За щастие, астрономите - водени от Джеф Марси, професор по астрономия в UC Berkeley - усърдно правят наблюденията, които в крайна сметка ще отговорят на този вълнуващ въпрос. "
Изследването беше подкрепено от Националната научна фондация и от Института за основни изследвания на Милър Беркли.
Оригинален източник: Berkeley News Release
