Obrazový kredit: NWU
Podle nové studie vědců z Kalifornské univerzity, Berkeley a Northwestern University mohou být neobvyklé oběžné dráhy tří planet obíhajících kolem vzdálené hvězdy vysvětleny pouze tehdy, pokud se skrze ně objevila neviditelná čtvrtá planeta a vyrazila je z jejich kruhových drah.
Závěr je založen na počítačových extrapolacích z 13 let pozorování pohybů planety kolem hvězdy Upsilon Andromedae. To naznačuje, že nekruhové a často velmi eliptické oběžné dráhy mnoha z extrasolárních planet objevených doposud mohou být výsledkem vzájemného rozptylu planet. V takovém případě by mohla být rušivá planeta zcela vystřelena ze systému nebo by mohla být vyhozena na vzdálenou oběžnou dráhu, přičemž vnitřní planety zůstanou excentrické oběžné dráhy.
"Toto je pravděpodobně jeden ze dvou nebo tří extrasolarních systémů, které mají nejlepší pozorování a nejpřísnější omezení, a vypráví jedinečný příběh," řekl Eric Ford, Millerův postdoktorandský kolega v UC Berkeley. "Naše vysvětlení je, že původní oběžná dráha vnější planety byla kruhová, ale tento náhlý kop, který trvale změnil její oběžnou dráhu, byl vysoce výstřední." Abychom tento kop poskytli, předpokládali jsme, že existuje další planeta, kterou nyní nevidíme. Věříme, že nyní chápeme, jak tento systém funguje. “
Pokud by se taková planeta prohnala naší sluneční soustavou na počátku své historie, vědci poznamenali, že vnitřní planety nyní nemusí mít tak pěkně kruhové oběžné dráhy a na základě současných předpokladů o původu života by mohlo zemské klima příliš kolísat aby vznikl život.
"Zatímco planety v naší sluneční soustavě zůstávají stabilní po miliardy let, to neplatilo pro planety obíhající Upsilon Andromedae," řekl Ford. "I když se tyto planety mohly utvořit podobně jako Jupiter a Saturn, jejich současné oběžné dráhy byly vyřezávány pozdní fází chaotických a násilných interakcí."
Podle kolegy Fordu Frederica A. Rasia, docenta fyziky a astronomie na severozápadě, „Naše výsledky ukazují, že jednoduchý mechanismus, často nazývaný„ rozptyl planety-planeta “- jakýsi prakový efekt v důsledku náhlého gravitačního tahu mezi dvěma planety, když se dostanou velmi blízko sebe, musí být zodpovědné za vysoce excentrické dráhy pozorované v systému Upsilon Andromedae. Věříme, že k rozptýlení planety-planety došlo často v extrasolárních planetárních systémech, nejen v tomto, které jsou důsledkem silné nestability. Ačkoli planetární systémy kolem jiných hvězd mohou být běžné, druhy systémů, které by mohly podporovat život, které, stejně jako naše sluneční soustava, pravděpodobně musí zůstat stabilní po velmi dlouhou dobu, nemusí být tak běžné. “
Počítačové simulace uvádí 14. dubna časopisu Nature časopis Ford, Rasio a Verene Lystad, vysokoškolský student fyziky na severozápadě. Ford byl studentem Rasio v Massachusetts Institute of Technology, než absolvoval postgraduální studium na Princeton University a do UC Berkeley v roce 2004.
Planetární systém kolem Upsilon Andromedae je jedním z nejstudovanějších ze 160-některých systémů s planetami objevenými dosud mimo naši vlastní sluneční soustavu. Vnitřní planeta, „horký Jupiter“ tak blízko hvězdy, že její orbita je jen několik dní, objevil v roce 1996 Geoff Marcy UC Berkeley a jeho tým lovců planet. Dvě vnější planety s protáhlými oběžnými dráhami, které se navzájem silně narušují, byly objeveny v roce 1999. Tyto tři obrovské planety podobné Jupiteru kolem Upsilon Andromedae zahrnovaly první extrasolarní mnohonárodnostní systém objevený Dopplerovou spektroskopií.
Kvůli neobvyklé povaze planetárních drah kolem Upsilon Andromedae to Marcy a jeho tým intenzivně studovali a provedli téměř 500 pozorování - 10krát více než u většiny jiných extrasolárních planet, které byly nalezeny. Tato pozorování, kolísání pohybu hvězdy vyvolané obíhajícími planetami, umožňují velmi přesné mapování pohybů planet kolem hvězdy.
"Pozorování jsou tak přesná, že můžeme sledovat a předpovídat, co se stane v budoucnu po desítky tisíc let," řekl Ford.
Dnes, zatímco nejvnitřnější planeta se choulí v blízkosti hvězdy, obě vnější planety obíhají na oběžných drahách ve tvaru vajíčka. Počítačové simulace minulých a budoucích orbitálních změn však ukázaly, že vnější planety jsou zapojeny do opakovaného tance, který jednou za 7 000 let přináší kruh oběžné dráhy střední planety.
"Tato vlastnost návratu na velmi kruhovou oběžnou dráhu je docela pozoruhodná a obecně se tak nestane," řekl Ford. "Přirozeným vysvětlením je, že byli jednou na kruhových drahách, a jeden dostal velký kop, který způsobil, že se stal výstředním." Následný vývoj způsobil, že druhá planeta rostla svou excentricitou, ale kvůli zachování energie a momentu hybnosti se periodicky vrací na velmi téměř kruhovou oběžnou dráhu. “
Dříve astronomové navrhli dva možné scénáře pro vytvoření planetárního systému Upsilon Andromedae, ale pozorovací data ještě nestačila k rozlišení těchto dvou modelů. Jiný astronom, Renu Malhotra z University of Arizona, dříve navrhoval, že rozptyl planety-planety by mohl nadchnout výstřednosti v Upsilon Andromedae. Alternativní vysvětlení však tvrdilo, že interakce mezi planetami a plynovým diskem obklopujícím hvězdu by mohly také vést k excentrickým drahám. Kombinací dalších pozorovacích dat s novými počítačovými modely, Ford a jeho kolegové dokázali ukázat, že interakce s plynovým diskem by nevytvořily pozorované orbity, ale že interakce s jinou planetou by je přirozeně vytvořila.
„Klíčovým rozlišovacím znakem těchto teorií bylo to, že interakce s vnějším diskem by způsobily, že se oběžné dráhy mění velmi pomalu, a silná interakce s procházející planetou by způsobila, že se oběžné dráhy mění velmi rychle ve srovnání s časovým měřítkem 7 000 let pro oběžné dráhy se vyvinout, “řekl Ford. "Protože tyto dvě hypotézy vytvářejí různé předpovědi pro vývoj systému, můžeme omezit historii systému na základě současných planetárních drah."
Ford řekl, že když se planety tvořily uvnitř disku plynu a prachu, tah na planetách by udržoval jejich oběžné dráhy kruhové. Jakmile se však prach a plyn rozptýlí, pouze interakce s procházející planetou by mohla vytvořit konkrétní oběžné dráhy dvou vnějších planet pozorovaných dnes. Možná poznamenal, že rušivá planeta byla sražena na vnitřní planety interakcemi s jinými planetami daleko od centrální hvězdy.
Avšak začalo to, výsledné chaotické interakce by vytvořily velmi excentrickou oběžnou dráhu pro třetí planetu, která by pak také postupně narušovala oběžné dráhy druhé planety. Protože vnější planetě dominuje systém, časem narušila dostatečně oběžnou dráhu střední planety, aby ji také pomalu přetvořila na excentrickou oběžnou dráhu, což je to, co je dnes vidět, i když každých přibližně 7 000 let se střední planeta postupně vrací do kruhové dráhy obíhat.
"To je důvod, proč je systém tak zvláštní," řekl Rasio. "Běžně by gravitační spojení mezi dvěma eliptickými drahami nikdy nepřineslo návrat k téměř dokonalému kruhu." Kruh je velmi zvláštní. “
"Původně bylo hlavním cílem našeho výzkumu simulace planetární soustavy Upsilon Andromedae, v zásadě s cílem zjistit, zda vnější dvě planety leží ve stejné rovině jako planety ve sluneční soustavě," řekl Lystad, který začal pracovat s Rasiem když byla sophomore a udělala mnoho počítačových integrací v rámci své diplomové práce. "Překvapilo nás, když jsme zjistili, že pro mnoho našich simulací bylo obtížné zjistit, zda planety byly ve stejné rovině kvůli skutečnosti, že oběžné dráhy střední planety se periodicky staly takřka téměř kruhovými. Jakmile jsme si všimli, že toto podivné chování bylo přítomno ve všech našich simulacích, poznali jsme to jako značku systému, který prošel rozptylem planeta-planeta. Uvědomili jsme si, že se děje něco mnohem zajímavějšího, než kdokoli předtím. “
Pochopení toho, co se stalo během formování a vývoje Upsilon Andromedae a dalších extrasolárních planetárních systémů, má zásadní dopad na naši vlastní sluneční soustavu.
"Jakmile si uvědomíte, že většina známých extrasolárních planet má vysoce excentrické oběžné dráhy (jako planety v Upsilon Andromedae), začnete se ptát, zda by na naší sluneční soustavě mohlo být něco zvláštního," řekl Ford. "Mohlo by být násilné rozptýlení planety-planety tak běžné, že jen málo planetárních systémů zůstává klidné a obyvatelné?" Naštěstí astronomové - pod vedením Geoffa Marcyho, profesora astronomie v UC Berkeley - pečlivě provádějí pozorování, která nakonec na tuto vzrušující otázku odpoví. ““
Výzkum podpořila Národní vědecká nadace a Millerův ústav pro základní výzkum UC Berkeley.
Původní zdroj: Berkeley News Release
