Kreditna slika: NWU
Različne orbite treh planetov, ki se vrtijo okoli oddaljene zvezde, je mogoče razložiti le, če jih je neviden četrti planet preskočil in jih izbil iz svojih krožnih orbitov, kaže nova študija raziskovalcev kalifornijske univerze Berkeley in univerze Northwestern.
Zaključek temelji na računalniških ekstrapolacijah iz 13-letnih opazovanj gibanja planeta okoli zvezde Upsilon Andromedae. Predvideva, da so lahko nekrožne in pogosto zelo eliptične orbite mnogih eksosolarnih planetov, odkrite do danes, posledica planetov, ki se razletavajo drug od drugega. V takšnem scenariju bi lahko moteči planet v celoti izstrelili iz sistema ali ga lahko vrgli v daljno orbito, pri čemer bi notranji planeti pustili ekscentrične orbite.
"To je verjetno eden od dveh ali treh ekstrasolarnih sistemov, ki imajo najboljša opazovanja in najstrožje omejitve, in pove edinstveno zgodbo," je dejal Eric Ford, podoktorski sodelavec Millerja v Berkeleyju. "Naša razlaga je, da je bila prvotna orbita zunanjega planeta krožna, toda ta nenadni udarec je svojo orbito trajno spremenil v izrazito ekscentrično. Da bi si zagotovili ta udarec, smo domnevali, da obstaja nov planet, ki ga zdaj ne vidimo. Verjamemo, da zdaj razumemo, kako deluje ta sistem. "
Če bi takšen planet karomiral skozi naš osončje že v svoji zgodovini, so zapisali raziskovalci, notranji planeti zdaj morda ne bi imeli tako lepo okrogle orbite in na podlagi trenutnih predpostavk o izvoru življenja bi lahko podnebje Zemlje preveč nihalo za življenje, ki je nastalo.
"Medtem ko planeti v našem osončju ostajajo stabilni več milijard let, to ni bilo slučaj za planete, ki krožijo v Upsilonu Andromedae," je dejal Ford. "Medtem ko sta se ta planeta morda oblikovala podobno kot Jupiter in Saturn, sta njuni trenutni orbiti začrtali pozno fazo kaotičnih in nasilnih interakcij."
Kot pravi Fordov kolega, Frederic A. Rasio, izredni profesor za fiziko in astronomijo na severozahodu, "Naši rezultati kažejo, da preprost mehanizem, ki ga pogosto imenujemo" raztresenje planeta-planeta "- nekakšen učinek pramenov zaradi nenadnega gravitacijskega vleka med dvema planeti, ko se približajo drug drugemu - morajo biti odgovorni za zelo ekscentrične orbite, opažene v sistemu Upsilon Andromedae. Verjamemo, da se je raztresenje planetov in planetov pogosto dogajalo v ekstrasolarnih planetarnih sistemih, ne le v tem, kar je posledica močne nestabilnosti. Medtem ko so planetarni sistemi okoli drugih zvezd morda pogosti, vrste sistemov, ki bi lahko podpirali življenje, ki bi, tako kot naš sončni sistem, verjetno morali ostati stabilni v zelo dolgem časovnem obdobju, morda niso tako pogosti.
O računalniških simulacijah poročajo v 14. številki revije Nature Ford, Rasio in Verene Lystad, študentke dodiplomskega študija fizike na severozahodu. Ford je bil študent družbe Rasio na Tehnološkem inštitutu v Massachusettsu, preden je opravil podiplomski študij na univerzi Princeton in leta 2004 prišel v UC Berkeley.
Planetarni sistem okoli Upsilona Andromedae je eden izmed najbolj preučenih 160-nekaterih sistemov s planeti, odkritimi tako daleč zunaj našega lastnega osončja. Notranji planet, "vroči Jupiter" tako blizu zvezde, da je njegova orbita le nekaj dni, je leta 1996 odkril Geoff Marcy iz UC Berkeleyja in njegova ekipa za lov na planete. Leta 1999 sta bila odkrita oba zunanja planeta z podolgovatimi orbitama, ki se močno motita. Ti trije ogromni planeti, ki so podobni Jupiterju okoli Upsilona Andromedae, so bili prvi ekstrasolarni sistem z več planeti, odkrit s pomočjo Dopplerove spektroskopije.
Zaradi nenavadnosti orbite planetov okoli Upsilona Andromedaeja sta ga Marcy in njegova ekipa intenzivno preučevala in opravila skoraj 500 opazovanj - 10-krat več kot pri večini drugih ekstrasolarnih planetov, ki so jih našli. Ta opažanja, nihanja v gibanju zvezde, ki jih povzročajo krožeči planeti, omogočajo zelo natančno risanje gibanja planetov okoli zvezde.
"Opažanja so tako natančna, da lahko opazujemo in napovedujemo, kaj se bo dogajalo na deset tisoče let v prihodnosti," je dejal Ford.
Danes se najbolj notranji planet sedi blizu zvezde, oba zunanja planeta pa krožita v orbiti v obliki jajčeca. Računalniške simulacije preteklih in prihodnjih orbitalnih sprememb pa so pokazale, da se zunanji planeti ukvarjajo s ponavljajočim se plesom, ki enkrat na 7000 let pripelje orbito srednjega planeta v krog.
"Ta lastnost vrnitve v zelo krožno orbito je precej izjemna in se na splošno ne zgodi," je dejal Ford. "Naravna razlaga je, da sta bila nekoč oba v krožni orbiti, in eden je dobil velik udarec, zaradi katerega je postal ekscentričen. Potem je poznejša evolucija povzročila, da je drugi planet narasel svojo ekscentričnost, vendar se zaradi ohranitve energije in kotnega momenta občasno vrača v skoraj skoraj krožno orbito. "
Pred tem so astronomi predlagali dva možna scenarija za oblikovanje planetskega sistema Upsilona Andromedae, vendar podatki o opazovanju še niso zadostovali za razlikovanje obeh modelov. Drugi astronom, Renu Malhotra z univerze v Arizoni, je že pred časom namigoval, da bi raztresenost planetov lahko vzbudila ekscentričnosti v Upsilonu Andromedae. Toda alternativna razlaga je trdila, da bi lahko tudi interakcije med planeti in plinskim diskom, ki obdaja zvezdo, ustvarile takšne ekscentrične orbite. S kombiniranjem dodatnih podatkov o opazovanju z novimi računalniškimi modeli so Ford in njegovi sodelavci lahko pokazali, da interakcije s plinskim diskom ne bi prinesle opazovanih orbitov, ampak da bi jih interakcije z drugim planetom seveda ustvarile.
"Ključna značilnost teh teorij je bila, da bi interakcije z zunanjim diskom povzročile, da se bo orbita zelo počasi spreminjala, močna interakcija s mimoidočim planetom pa bi se orbita zelo hitro spremenila v primerjavi s 7000-letno časovno lestvico za orbite se razvijajo, "je dejal Ford. "Ker obe hipotezi dajeta različna predvidevanja za razvoj sistema, lahko zgodovino sistema omejimo glede na trenutne planetarne orbite."
Ford je dejal, da bi planeti, ki so nastali v disku plina in prahu, vlekli svoje orbite v krogo. Ko sta se prah in plin razblinila, pa bi lahko samo interakcija s mimoidočim planetom ustvarila posebne orbite obeh zunanjih planetov, ki jih danes opazujemo. Morda je, je opozoril, vznemirjajoči planet udaril v notranje planete zaradi interakcij z drugimi planeti daleč od osrednje zvezde.
Kakor koli se je začelo, bi posledične kaotične interakcije ustvarile zelo ekscentrično orbito za tretji planet, ki je nato postopoma zmotila tudi orbito drugega planeta. Ker zunanji planet dominira v sistemu, ga je sčasoma vznemirila orbita srednjega planeta, da se je počasi deformirala tudi v ekscentrično orbito, kar se vidi danes, čeprav se srednji planet na vsakih 7000 let postopoma vrača v krožno orbita.
"Zaradi tega je sistem tako svojevrsten," je dejal Rasio. "Običajno zaradi gravitacijskega spektra med dvema eliptičnima orbitama nikoli ne bi prišlo do skoraj popolnega kroga. Krog je zelo poseben. "
"Prvotno je bil glavni cilj naše raziskave simuliranje planetarnega sistema Upsilon Andromedae, v bistvu zato, da bi ugotovili, ali zunanja dva planeta ležita v isti ravnini kot planeti v osončju," je dejal Lystad, ki je začel sodelovati z Rasio ko je bila dijakinja in je delala številne računalniške integracije kot del svoje diplomske naloge. "Presenečeni smo ugotovili, da je bilo pri mnogih naših simulacijah težko ugotoviti, ali so planeti v isti ravnini zaradi dejstva, da je orbita srednjega planeta občasno postala tako skoraj krožna. Ko smo opazili, da je to nenavadno vedenje prisotno v vseh naših simulacijah, smo ga prepoznali kot oznako sistema, ki je bil podvržen razpršenju planeta in planeta. Spoznali smo, da se dogaja nekaj veliko bolj zanimivega, kot je kdor koli prej.
Razumevanje dogajanja med nastajanjem in razvojem Upsilona Andromedae in drugih ekstrasolarnih planetarnih sistemov ima velike posledice za naš lastni sončni sistem.
"Ko spoznate, da ima večina znanih ekstrasolarnih planetov zelo ekscentrične orbite (kot so planeti v Upsilonu Andromedae), se začnete spraševati, ali je morda nekaj posebnega v našem sončnem sistemu," je dejal Ford. "Ali je lahko nasilno raztresenje planetov tako pogosto, da ostane malo planetarnih sistemov mirno in bivajočih? Na srečo astronomi - pod vodstvom Geoffa Marcyja, profesorja astronomije na UC Berkeley - vestno izvajajo opažanja, ki bodo na koncu odgovorila na to vznemirljivo vprašanje. "
Raziskavo sta podprla Nacionalna znanstvena fundacija in UC Berkeley's Miller Institute for Basic Research.
Izvirni vir: Berkeley News Release
