Канадские астрофизики объяснили долгосрочную стабильность системы TRAPPIST-1. Первые попытки смоделировать ее будущую эволюцию приводили к тому, что ее экзопланеты начнут сталкиваться друг с другом уже через полмиллиона лет — очень короткий промежуток по астрономическим меркам. В новой работе авторы показали, что стабильность на масштабах сотен миллионов лет можно объяснить медленной миграцией планет на современные орбиты и долгосрочной цепочкой резонансов между периодами обращения шести внутренних планет: 2:3:4:6:9:15:24. Кроме того, ученые превратили динамику системы в музыку. Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters, кратко о нем сообщает видеоблог Thought Cafe.
Об открытии четырех новых экзопланет в системе TRAPPIST-1 астрономы сообщили в феврале 2017 года. Всего вокруг красного карлика обращается семь планет, по меньшей мере три из которых находятся в обитаемой зоне — области пространства, где количества тепла от звезды достаточно для существования жидкой воды на поверхности экзопланет. Каменистые тела сопоставимы по своим размерам с Землей. Подробнее о системе можно прочесть в нашем материале «Пивное братство в созвездии Водолея».
Орбиты планет лежат довольно близко к центральной звезде системы — скажем, год на шестой планете длится всего 12,3 дня. Орбиты небесных тел известны лишь с некоторой точностью, известно, что периоды планет соотносятся попарно почти как целые числа — резонансы. Например, резонанс 2:3 означает, что на три оборота одной планеты приходится в точности два оборота другой планеты. Авторы находки попытались проанализировать, насколько устойчива система TRAPPIST-1. Исследователи провели огромное количество моделирований с разными начальными условиями, подходящими под экспериментальные данные — в большинстве компьютерных экспериментов планеты начинали сталкиваться за время порядка полумиллиона лет.
Возраст звезды TRAPPIST-1, по некоторым оценкам, составляет несколько миллиардов лет. Это в несколько раз больше времени динамической устойчивости подобной системы. Астрономы отмечают, что это очень маловероятное событие — открыть систему в короткоживущем переходном состоянии. Поэтому должны существовать какие-либо факторы, увеличивающие ее стабильность. Среди них авторы открытия назвали подавление эксцентричности орбит планет.
Авторы новой работы использовали другой подход к исследованию стабильности системы. Ученые искали наиболее вероятные конфигурации, которые могли возникнуть из протопланетного диска TRAPPIST-1. Оказалось, что они обладают гораздо бoльшим временем жизни, чем случайные начальные условия в оригинальной работе — по меньшей мере на два порядка.
Решающую роль в стабильности системы играет цепочка резонансов. Подобные резонансы встречаются в Солнечной системе — среди спутников Юпитера, между Нептуном и Плутоном, в кольцах Сатурна и в других объектах. Считается, что резонансные орбиты — наиболее устойчивые. В случае TRAPPIST-1 наблюдается целая цепочка резонансов, которая, по словам авторов, возникла естественным путем при медленной эволюции протопланетного облака.
Данными моделирования воспользовался астрофизик Мэтт Руссо. Ученый визуализировал и создал аудиозапись, показывающую резонанс в системе TRAPPIST-1. Запись устроена следующим образом. Когда экзопланета совершает транзит перед звездой, играет нота, частота которой связана с периодом обращения небесного тела. Когда две планеты сближаются — звучит удар в барабан. Кроме того, в записи используются данные об изменениях в яркости звезды.
Ранее астрофизическими данными для создания музыки воспользовался турецкий физик Бурак Улаш, записавший пьесу для Y Жирафа и фортепиано. В ее основе лежат гравитационные колебания одного из компонентов в двойной системе звезды. Превратить в музыку можно и данные экспериментов в физике элементарных частиц — например, из данных столкновений в БАК было создано онлайн-радио, а сотрудник CMS превратил в тяжелый метал данные, использованные в открытии бозона Хиггса.
