Кредитна слика: НВУ
Посебна орбита три планета која се петља око далеке звезде може се објаснити само ако их је невиђена четврта планета провалила и избацила из њихове кружне орбите, показало је ново истраживање истраживача са Универзитета у Калифорнији, Беркелеи и Универзитета Нортхвестерн.
Закључак је заснован на компјутерским екстраполацијама из 13 година посматрања кретања планете око звезде Упсилона Андромедае. То сугерише да су некружне и често изразито елиптичне орбите многих екстрасоларних планета откривене до данас могу бити резултат расељавања планета једна од друге. У таквом сценарију, узнемирујућа планета би се могла потпуно избацити из система или би могла бити пуштена у далеку орбиту, остављајући унутрашње планете ексцентричним орбитама.
„Ово је вероватно један од два или три екстрасоларна система који имају најбоља запажања и најстрожа ограничења, а он говори о јединственој причи“, рекао је Ериц Форд, Миллеров постдокторски сарадник из УЦ Беркелеи. „Наше објашњење је да је првобитна орбита спољне планете била кружна, али добио је овај изненадни ударац који је трајно променио своју орбиту у изразито ексцентричну. Да бисмо обезбедили тај ударац, претпоставили смо да постоји додатна планета коју сада не видимо. Вјерујемо да сада разумемо како овај систем функционише. “
Да је таква планета каромирала кроз наш Сунчев систем у раној историји, приметили су истраживачи, унутрашње планете можда сада не би имале тако лепе кружне орбите, а на основу тренутних претпоставки о пореклу живота, клима Земље би можда превише флуктуирала за живот који је настао.
"Док планете у нашем Сунчевом систему остају стабилне милијарде година, то није био случај за планете које орбитирају око Упсилона Андромедае", рекао је Форд. "Иако су се те планете могле формирати слично као Јупитер и Сатурн, њихове тренутне орбите биле су исклесане касном фазом хаотичних и насилних интеракција."
Према Фордовој колеги, Фредериц А. Расио, ванредни професор за физику и астрономију на Северозападу, „Наши резултати показују да је једноставан механизам, често назван„ распршење планете-планете “- својеврсни ефект грицкања услед наглог гравитационог повлачења између две планете када се приближе једна другој - морају бити одговорне за изразито ексцентричне орбите које су примећене у систему Упсилон Андромедае. Вјерујемо да се расипање планете и планете често дешавало у екстрасоларним планетарним системима, а не само у овом, што је резултат јаких нестабилности. Дакле, иако су планетарни системи око других звезда уобичајени, врсте система који би могли да подржавају живот, који, попут нашег Сунчевог система, вероватно морају да остану стабилни током дуготрајних скала, можда нису тако уобичајене. "
Компјутерске симулације објављене су у броју часописа Натуре за 14. април Форд, Расио и Верене Листад, студенту додипломског студија физике на Северозападу. Форд је био студент компаније Расио на Технолошком институту у Масачусетсу пре него што је наставио постдипломске студије на Универзитету Принцетон и стигао на УЦ Беркелеи 2004. године.
Планетарни систем око Упсилона Андромедае један је од најгледанијих 160 система са планетама откривеним до сада изван нашег сопственог Сунчевог система. Унутрашњу планету, "врући Јупитер" толико близу звезде да је њена орбита само неколико дана, 1996. године открио Геофф Марци и УЦ Беркелеи, његов тим за лов на планету. Две спољне планете, са издуженим орбитама које се снажно узнемиравају, откривене су 1999. Ове три огромне планете налик Јупитеру око Упсилона Андромедае чиниле су први екстрасоларни мулти-планетни систем откривен Допплеровом спектроскопијом.
Због необичне природе планетарне орбите око Упсилона Андромедае, Марци и његов тим интензивно су је проучавали, правећи готово 500 запажања - 10 пута више него за већину осталих екстрасоларних планета које су пронађене. Ова запажања, колебања у покрету звезде која је изазвана у орбити планета, омогућавају врло прецизно цртање кретања планета око звезде.
"Проматрања су толико прецизна да можемо гледати и предвиђати шта ће се десити за десетине хиљада година у будућности", рекао је Форд.
Данас, док се најдубља планета згрће близу звезде, две спољне планете орбитирају у орбити у облику јаја. Компјутерске симулације прошлих и будућих орбиталних промена показале су, међутим, да су спољне планете ангажоване у понављајућем плесу који једном сваких 7.000 година доведе у круг орбиту средње планете.
"То својство повратка у врло кружну орбиту је прилично невероватно и углавном се не догађа", рекао је Форд. „Природно објашњење је да су једном били у кружним орбитама, а један је добио велики ударац због чега је постао ексцентричан. Затим је накнадна еволуција узроковала да друга планета расте свој ексцентричност, али због очувања енергије и момента угла, периодично се враћа на готово скоро кружну орбиту. "
Раније су астрономи предложили два могућа сценарија за формирање планетарног система Упсилона Андромедае, али подаци посматрања још нису били довољни да би разликовали ова два модела. Још један астроном, Рену Малхотра са Универзитета у Аризони, раније је сугерисао да би расејање планета можда узбудило ексцентричности у Упсилону Андромедае. Али алтернативно објашњење тврди да су интеракције између планета и гасног диска који окружују звезду такође могли произвести такве ексцентричне орбите. Комбинујући додатне податке посматрања са новим рачунарским моделима, Форд и његови колеге успели су да покажу да интеракције са гасним диском не би произвеле посматране орбите, али да би их интеракције са другом планетом природно произвеле.
„Кључна карактеристика ових теорија била је да ће интеракције са спољним диском проузроковати да се орбита мења веома споро, а снажна интеракција са планетом која пролази проузроковала би да се орбите мењају веома брзо у поређењу са 7000-годишњом временском скалом за орбите се развијају “, рекао је Форд. "Будући да две хипотезе пружају различита предвиђања за развој система, можемо ограничити историју система на основу тренутних планетарних орбита."
Форд је рекао да би, како планете формирају унутар диска гаса и прашине, повлачење планета задржало своје кружне орбите. Једном када су се прашина и гас распршили, само интеракција са планетом који пролази могла је створити посебне орбите двеју спољашњих планета посматраних данас. Можда је, приметио је, узнемирујућа планета срушена на унутрашње планете интеракцијом са другим планетима далеко од централне звезде.
Међутим, како је кренуло, резултирале хаотичне интеракције створиле би врло ексцентричну орбиту за трећу планету, која је такође постепено изобличила орбиту друге планете. Будући да спољна планета доминира системом, током времена је ометала орбиту средњег планета довољно да се полако деформише и у ексцентричну орбиту, што се види и данас, иако се сваких 7000 година или средња планета постепено враћа у кружну орбита.
"То чини систем толико осебујним", рекао је Расио. „Обично, гравитационо спајање две елиптичне орбите никада не би натерало да се вратимо у скоро савршен круг. Круг је врло посебан. "
"Првобитно је главни циљ нашег истраживања био да симулира планетарни систем Упсилон Андромедае, у основи како би се утврдило да ли спољне две планете леже у истој равнини као планете у Сунчевом систему", рекао је Листад, који је започео рад са Расиом кад је била друга ученица и радила је бројне компјутерске интеграције у оквиру свог старијег рада. „Били смо изненађени када смо открили да је за многе наше симулације било тешко рећи да ли су планете у истој равни због чињенице да је орбита средње планете периодично постала тако скоро кружна. Једном када смо приметили да је ово необично понашање присутно у свим нашим симулацијама, препознали смо га као ознаку система који је претрпео распршење планета-планете. Схватили смо да се догађа нешто много занимљивије него што је ико раније нашао. "
Разумевање онога што се десило током формирања и еволуције Упсилона Андромедае и других екстрасоларних планетарних система има велике импликације на наш сопствени Сунчев систем.
"Једном када схватите да већина познатих екстрасоларних планета има изразито ексцентричне орбите (попут планета у Упсилон Андромедае), почнете да се питате да ли можда нешто посебно има у нашем Сунчевом систему", рекао је Форд. „Може ли насилно расипање планете и планета бити толико уобичајено да мали планетарни систем остаје миран и усељив? Срећом, астрономи - на челу са Геоффом Марцијем, професором астрономије на УЦ Беркелеи - марљиво праве запажања која ће на крају одговорити на ово узбудљиво питање. "
Истраживање су подржали Национална фондација за науку и Институт за основна истраживања УЦ Беркелеи.
Изворни извор: Беркелеи Невс Релеасе
