Obrazový kredit: NWU
Podľa novej štúdie vedcov z Kalifornskej univerzity, Berkeley a Severozápadnej univerzity môžu byť neobvyklé obežné dráhy troch planét, ktoré sa točia okolo vzdialenej hviezdy, vysvetlené iba vtedy, ak sa cez ňu odrazila neviditeľná štvrtá planéta a vyrazila ich z ich kruhových obežných dráh.
Záver je založený na počítačových extrapoláciách z 13 rokov pozorovania pohybov planéty okolo hviezdy Upsilon Andromedae. Naznačuje, že nekruhové a často vysoko eliptické obežné dráhy mnohých doteraz objavených extrasolárnych planét môžu byť výsledkom vzájomného rozptylu planét. V takomto prípade by mohla byť porucha planéty úplne vystrelená zo systému alebo by mohla byť vyhodená na vzdialenú obežnú dráhu, čím by vnútorné planéty zostali excentrické dráhy.
„Je to pravdepodobne jeden z dvoch alebo troch extrasolarných systémov, ktoré majú najlepšie pozorovania a najprísnejšie obmedzenia, a rozpráva jedinečný príbeh,“ povedal Eric Ford, postdoktorandský kolega Miller v UC Berkeley. "Naše vysvetlenie je, že pôvodná obežná dráha vonkajšej planéty bola kruhová, ale tento náhle kopnutie trvalo zmenilo obežnú dráhu na vysoko excentrickú." Aby sme tento kop poskytli, predpokladali sme, že existuje ďalšia planéta, ktorú teraz nevidíme. Veríme, že teraz chápeme, ako tento systém funguje. “
Ak by sa takáto planéta prepadla cez našu slnečnú sústavu na začiatku svojej histórie, vedci poznamenali, že vnútorné planéty nemusia mať teraz také pekne kruhové obežné dráhy a na základe súčasných predpokladov o pôvode života by mohlo dôjsť k príliš veľkému kolísaniu zemskej klímy. aby vznikol život.
"Zatiaľ čo planéty v našej slnečnej sústave zostávajú stabilné miliardy rokov, to neplatilo pre planéty obiehajúce okolo Upsilon Andromedae," uviedol Ford. "Aj keď sa tieto planéty mohli vytvoriť podobne ako Jupiter a Saturn, ich súčasné obežné dráhy boli vyrezávané neskorou fázou chaotických a násilných interakcií."
Podľa kolegy Forda Frederica A. Rasia, docenta fyziky a astronómie na severozápade, „Naše výsledky ukazujú, že jednoduchý mechanizmus, často nazývaný„ rozptyl planéty - planéty “- akýsi prakový efekt v dôsledku náhlej gravitačnej sily medzi dvoma planéty, keď sa veľmi priblížia - musia zodpovedať za vysoko excentrické obežné dráhy pozorované v systéme Upsilon Andromedae. Sme presvedčení, že rozptýlenie planéty-planéty sa vyskytlo často v mimosúdnych planetárnych systémoch, nielen v tomto, ktoré sú výsledkom silných nestabilít. Takže zatiaľ čo planetárne systémy okolo iných hviezd môžu byť bežné, druhy systémov, ktoré by mohli podporovať život, ktoré, podobne ako naša slnečná sústava, musia pravdepodobne zostať stabilné počas veľmi dlhého časového obdobia, nemusia byť také bežné.
Počítačové simulácie uvádza 14. apríla časopis časopis Nature, Ford, Rasio a Verene Lystad, vysokoškolský študent fyziky na severozápade. Pred štúdiom na Princetonskej univerzite a príchodom na UC Berkeley v roku 2004 bol Ford študentom Technologického inštitútu v Massachusetts.
Planétová sústava okolo Upsilon Andromedae je jedným z najviac študovaných 160 systémov, ktorých planéty boli objavené doteraz mimo našej vlastnej slnečnej sústavy. Vnútornú planétu, „horúcu Jupiter“ tak blízko hviezdy, že jej obežná dráha je len pár dní, objavil v roku 1996 Geoff Marcy UC Berkeley a jeho tím zaoberajúci sa lovom planét. Dve vonkajšie planéty s pretiahnutými obežnými dráhami, ktoré sa navzájom silno rozptyľujú, boli objavené v roku 1999. Tieto tri obrovské Jupiterove planéty okolo Upsilon Andromedae obsahovali prvý extrasolárny multidruhový systém objavený Dopplerovou spektroskopiou.
Kvôli neobvyklej povahe planétových obežných dráh okolo Upsilon Andromedae to Marcy a jeho tím intenzívne študovali a urobili takmer 500 pozorovaní - 10-krát viac ako pre väčšinu ostatných extrasolárnych planét, ktoré sa našli. Tieto pozorovania, kolísanie pohybu hviezdy vyvolané obiehajúcimi planétami, umožňujú veľmi presné mapovanie pohybov planét okolo hviezdy.
"Pripomienky sú také presné, že môžeme sledovať a predvídať, čo sa stane v budúcnosti po desiatky tisíc rokov," uviedol Ford.
Zatiaľ čo najvnútornejšia planéta sa dnes krúti v blízkosti hviezdy, obe vonkajšie planéty obiehajú na dráhach v tvare vajíčka. Počítačové simulácie minulých a budúcich orbitálnych zmien však ukázali, že vonkajšie planéty sú zapojené do opakovaného tanca, ktorý raz za 7 000 rokov privádza kruh do obehu obežnú dráhu strednej planéty.
„Táto vlastnosť návratu na veľmi kruhovú obežnú dráhu je celkom pozoruhodná a spravidla sa tak nestane,“ uviedol Ford. „Prirodzené vysvetlenie je, že boli kedysi obežnými obežnými dráhami a jeden dostal veľký kop, ktorý spôsobil, že sa stal excentrickým. Následný vývoj potom spôsobil, že druhá planéta rastie excentricitou, ale kvôli zachovaniu energie a momentu hybnosti sa periodicky vracia na veľmi takmer kruhovú obežnú dráhu. “
Astronómovia predtým navrhovali dva možné scenáre na vytvorenie planétového systému Upsilon Andromedae, ale pozorovacie údaje zatiaľ nestačili na rozlíšenie týchto dvoch modelov. Iný astronóm, Renu Malhotra z Arizonskej univerzity, už predtým navrhoval, že rozptyl planéty a planéty by mohol nadchnúť excentricitu v Upsilon Andromedae. Ale alternatívne vysvetlenie tvrdilo, že interakcie medzi planétami a plynovým diskom obklopujúcim hviezdu by mohli tiež viesť k takým excentrickým obehom. Kombináciou dodatočných pozorovacích údajov s novými počítačovými modelmi Ford a jeho kolegovia dokázali preukázať, že interakcie s plynovým diskom by nevytvorili pozorované obežné dráhy, ale že ich interakcie s inou planétou ich prirodzene vytvoria.
„Kľúčovým rozlišovacím znakom medzi týmito teóriami bolo, že interakcie s vonkajším diskom by spôsobili veľmi pomalú zmenu obežných dráh a silná interakcia s prechádzajúcou planétou by spôsobila veľmi rýchlu zmenu obežných dráh v porovnaní so 7 000-ročnou časovou stupnicou obežné dráhy sa vyvíjať, “povedal Ford. „Pretože tieto dve hypotézy robia rôzne predpovede vývoja systému, môžeme obmedziť históriu systému na základe súčasných planétových obežných dráh.“
Ford povedal, že ako sa planéty formujú vo vnútri disku plynu a prachu, ťah na planétach by udržiaval ich obežné dráhy kruhové. Len čo sa však prach a plyn rozptýlia, iba interakcia s prechádzajúcou planétou mohla vytvoriť konkrétne obežné dráhy oboch vonkajších planét, ktoré sa dnes pozorovali. Možno poznamenal, že rušivá planéta bola zrazená na vnútorné planéty interakciami s inými planétami ďaleko od centrálnej hviezdy.
Výsledkom chaotických interakcií by sa však vytvorila veľmi excentrická obežná dráha pre tretiu planétu, ktorá by potom tiež postupne rušila obežnú dráhu druhej planéty. Pretože vonkajšia planéta v systéme dominuje, časom narušila dostatočne obežnú dráhu strednej planéty, aby ju pomaly pretvorila aj na excentrickú obežnú dráhu, čo je dnes vidieť, hoci každých 7 000 rokov sa stredná planéta postupne vracia do kruhového tvaru orbit.
"To je dôvod, prečo je systém taký zvláštny," uviedol Rasio. „Normálne by gravitačné spojenie medzi dvoma eliptickými obežnými dráhami nikdy neviedlo k návratu do takmer dokonalého kruhu. Kruh je veľmi špeciálny. “
"Pôvodne bolo hlavným cieľom nášho výskumu simulovať planétový systém Upsilon Andromedae, v podstate s cieľom určiť, či vonkajšie dve planéty ležia v rovnakej rovine ako planéty v slnečnej sústave," uviedol Lystad, ktorý začal pracovať s Rasiom. keď bola sophomore a robila veľa z počítačovej integrácie ako súčasť svojej diplomovej práce. „Prekvapilo nás, že pri mnohých našich simuláciách bolo ťažké povedať, či sú planéty v tej istej rovine, pretože obežná dráha strednej planéty sa periodicky stáva tak veľmi takmer kruhovou. Keď sme si všimli, že toto čudné správanie bolo prítomné vo všetkých našich simuláciách, zistili sme, že je to značka systému, ktorý prešiel rozptýlením planéty. Uvedomili sme si, že sa deje niečo oveľa zaujímavejšie ako ktokoľvek predtým. “
Pochopenie toho, čo sa stalo počas formovania a vývoja Upsilon Andromedae a ďalších extrasolárnych planetárnych systémov, má významné dôsledky pre našu vlastnú slnečnú sústavu.
"Keď si uvedomíte, že väčšina známych extrasolárnych planét má vysoko excentrické obežné dráhy (ako sú planéty v Upsilon Andromedae), začnete sa pýtať, či by na našej slnečnej sústave mohlo byť niečo zvláštne," uviedol Ford. „Mohlo by byť násilné rozptýlenie planéty - planéty také bežné, že len málo planetárnych systémov zostáva pokojných a obývateľných? Našťastie astronómovia - na čele s Geoffom Marcym, profesorom astronómie v UC Berkeley - pozorne robia pozorovania, ktoré nakoniec zodpovedia túto vzrušujúcu otázku. ““
Výskum podporila Národná vedecká nadácia a Millerov inštitút základného výskumu UC Berkeley.
Pôvodný zdroj: Berkeley News Release
