Смоделирована эволюция планетарной системы TRAPPIST-1

Изучение внесолнечных планетных систем продолжает радовать открытиями, которые бросают вызов нашему пониманию формирования планет. Теперь новое исследование проливает новый свет на эволюцию планетарной системы TRAPPIST-1, одной из самых интригующих из известных за пределами нашей Солнечной системы.

На расстоянии около 40 световых лет от Земли планетная система TRAPPIST-1 содержит семь планет и отличается уникальной орбитальной конфигурацией.

Исследование, проведенное международной командой под руководством Габриэле Пикьерри, исследователя планетарных наук из Калифорнийского технологического института, предлагает новый взгляд на то, как эта система формировалась и развивалась с течением времени. Используя сложные вычислительные модели, ученые предложили новую теорию, объясняющую нынешнее расположение планет в TRAPPIST-1.

Система TRAPPIST-1

Система TRAPPIST-1 была открыта в 2016 году с помощью телескопа TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) в Чили. Это открытие стало поворотным моментом в нашей истории изучения экзопланет: в ходе последующих наблюдений выяснилось, что это компактная система с семью планетами земного размера, вращающимися вокруг ультрахолодного карлика.

TRAPPIST-1 находится в созвездии Водолея, и все ее планеты, названные TRAPPIST-1b — TRAPPIST-1h, являются каменистыми. Что делает эту систему особенно интересной, так это ее орбитальная конфигурация: планеты расположены так, что астрономы называют резонансной цепочкой, где орбитальные периоды соседних планет образуют соотношения простых целых чисел.

Однако если внешние планеты следуют наиболее распространенным резонансам, таким как соотношение 3:2 между их орбитальными периодами, то внутренние планеты демонстрируют более сложные резонансы. Например, соотношение между орбитами планет b и c составляет 8:5, а между c и d — 5:3. Такое несоответствие орбитальных резонансов заинтриговало ученых и заставило задать фундаментальные вопросы о формировании и эволюции системы.

Двухфазная модель

Исследование, проведенное Пичиерри и его коллегами, основано на инновационной двухфазной модели, которая объясняет текущую конфигурацию системы TRAPPIST-1. Эта модель предлагает последовательность событий, которые формировали систему на протяжении миллионов лет.

На первом этапе модель предполагает, что четыре внутренние планеты изначально сформировались и развивались самостоятельно, образовав резонансную цепочку 3:2. Такой тип конфигурации считается обычным для молодых планетарных систем, где планеты мигрируют внутрь протопланетного диска, окружающего зарождающуюся звезду.

На втором этапе модели вводится ключевой элемент: расширение внутреннего края протопланетного диска. По мере того как этот край перемещался наружу, он влиял на орбиты внутренних планет. Этот процесс позволил орбитам «расслабиться», перейдя от узкой резонансной цепочки 3:2 к более сложной конфигурации, которую мы наблюдаем сегодня.

Особенно интересным аспектом этой модели является роль четвертой планеты. Изначально расположенная на внутреннем краю диска, эта планета перемещалась наружу по мере расширения диска. Однако на более позднем этапе она снова была оттеснена внутрь, когда к системе присоединились еще три планеты.

Последствия

Исследование имеет значительные последствия, которые выходят далеко за пределы одной системы. Во-первых, оно демонстрирует важность рассмотрения сложных эволюционных процессов при формировании планетарных систем. Предложенная модель позволяет предположить, что планетарные конфигурации, которые мы наблюдаем сегодня, могут быть результатом длительной истории динамических взаимодействий, а не простыми остатками первоначального формирования.

Она также подчеркивает ценность «нетронутых» планетарных систем, таких как TRAPPIST-1, для проверки теорий формирования планет. В отличие от многих других систем, испытавших значительные нестабильности в течение своей жизни, TRAPPIST-1, по-видимому, сохранила большую часть своей первоначальной конфигурации. Это делает ее идеальной природной лабораторией для изучения процессов формирования планет.

Исследование также открывает новые пути для будущих изысканий. Например, возникают вопросы о том, как уникальные характеристики TRAPPIST-1 могут влиять на потенциальную обитаемость ее планет. Долговременная стабильность системы могла создать благоприятные условия для развития сложных атмосфер. А то и вовсе форм жизни.

С исследованием, опубликованным в журнале Nature Astronomy, можно ознакомиться здесь в препринт-версии.