Планеты - это тела, обращающиеся вокруг звезды и обладающие достаточной гравитационной массой, чтобы принимать приблизительно сферические формы, которые, в свою очередь, оказывают гравитационное воздействие на более мелкие объекты вокруг них, такие как астероиды и спутники.
На протяжении большей части истории человечества наши предки знали только о тех планетах, которые они могли видеть в ночном небе. Но за последние 30 лет были разработаны телескопы, достаточно чувствительные, чтобы определить наличие экзопланет — планет за пределами нашей Солнечной системы.
Экзопланеты, конечно, гораздо труднее поддаются непосредственному наблюдению, чем звезды и галактики. Почти все открытия экзопланет, особенно начиная примерно с 2010 года, были основаны на фотометрических измерениях (количестве получаемого света) звезд-хозяев экзопланет, а не самих планет. Это называется транзитным методом.
Теперь, с помощью космического телескопа "Спитцер", который впервые обнаружил экзопланеты в 2005 году; космического телескопа "Кеплер/КВТ", специально разработанного для поиска экзопланет; и космического телескопа Джеймса Уэбба, запущенного в 2021 году, транзитный метод и другие методы подтвердили существование более 5000 экзопланет. экзопланеты, населяющие тысячи звездных систем.
"Когда у нас была для анализа только наша собственная солнечная система, можно было просто предположить, что планеты сформировались в тех местах, где мы находим их сегодня", - говорит Габриэле Пичьерри, научный сотрудник Калифорнийского технологического института, работающий в группе профессора планетологии Константина Батыгина.
"Однако, когда мы обнаружили первую экзопланету в 1995 году, нам пришлось пересмотреть это предположение. Мы разрабатываем более совершенные модели формирования планет и того, как они оказываются в том положении, в котором мы их находим".
Большинство экзопланет формируются из газово-пылевого диска вокруг недавно сформировавшихся звезд и затем, как ожидается, мигрируют внутрь, приближаясь к внутренней границе этого диска. Здесь собраны планетные системы, которые расположены гораздо ближе к звезде-хозяину, чем в нашей собственной солнечной системе.
В отсутствие других факторов планеты будут стремиться удаляться друг от друга на характерные расстояния, основанные на их массах и гравитационных силах между планетами и их звездой-хозяином. "Это стандартный процесс миграции", - объясняет Пичьерри.
"Положение планет формирует резонансы между периодами их обращения. Если вы возьмете период обращения одной планеты, а затем разделите его на период обращения соседней планеты, вы получите соотношение простых чисел, например, 3:2".
Так, например, если одной планете требуется два дня, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды, то следующей планете, расположенной дальше, потребуется три дня. Если эта вторая планета и третья, расположенная дальше, также находятся в резонансе 3:2, то период обращения третьей планеты составит 4,5 дня.
Система Trappist-1, в которой находятся семь планет и которая находится примерно в 40 световых годах от Земли, является особенной по нескольким причинам. "Внешние планеты ведут себя, так сказать, должным образом, с более простыми ожидаемыми резонансами", - говорит Пичьерри. - Но у внутренних резонансы немного острее".
Например, соотношение между орбитами планет b и c составляет 8:5, а между орбитами c и d - 5:3. "Это небольшое расхождение в результатах сборки Trappist-1 вызывает недоумение и представляет собой прекрасную возможность детально разобраться в том, какие другие процессы происходили в процессе сборки. его сборка", - говорит он.
"Кроме того, считается, что большинство планетных систем изначально находились в таких резонансных состояниях, но за время своего существования столкнулись со значительной нестабильностью, прежде чем мы смогли наблюдать их сегодня", - объясняет Пичьерри. "Большинство планет становятся нестабильными или сталкиваются друг с другом, и все перемешивается.
"Например, наша собственная солнечная система пострадала от такой нестабильности. Но мы знаем о нескольких системах, которые остались стабильными и являются более или менее нетронутыми образцами. Они, по сути, демонстрируют всю свою динамическую историю, которую мы можем попытаться реконструировать. Trappist-1 - один из них".
Задача состояла в том, чтобы разработать модель, которая могла бы объяснить орбиты планет Trappist-1 и то, как они достигли своей нынешней конфигурации.
Полученная в результате модель предполагает, что внутренние четыре планеты изначально эволюционировали по отдельности в ожидаемой резонансной цепи 3:2. Только по мере того, как внутренняя граница диска расширялась наружу, их орбиты выходили из более плотной цепочки 3:2 и приобретали конфигурацию, которую мы наблюдаем сегодня.
Четвертая планета, которая первоначально находилась на внутренней границе диска, двигаясь вместе с ним дальше, позже была отодвинута назад, когда на более позднем этапе к планетной системе присоединились еще три внешние планеты.
Статья, содержащая это исследование, озаглавленная "Формирование системы Trappist-1 в два этапа во время спада внутреннего края диска", опубликована в журнале Nature Astronomy.
"Изучая Trappist-1, мы смогли проверить новые захватывающие гипотезы об эволюции планетных систем", - говорит Пичьерри. "Trappist-1 очень интересен, потому что он очень сложный; это длинная планетарная цепочка. И это отличный пример для проверки альтернативных теорий формирования планетных систем".
