Семейство из шести газообразных миров, кружащихся вокруг звезды, похожей на Солнце, вскоре поможет астрономам лучше понять, как формировались и развивались планетарные системы, подобные нашей. Об этом пишет The Wall Street Journal.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, эта недавно открытая система, расположенная примерно в 100 световых годах от Земли, необычна. Ее планеты вращаются вокруг яркой родительской звезды по схеме, которая кажется неизменной с момента ее рождения, по крайней мере, 4 миллиарда лет назад.
"Это дает возможность изучить раннюю стадию орбитальной архитектуры планетарной системы", - сказал Тансу Дэйлан, доцент кафедры физики Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который не принимал участия в новом исследовании.
В 2020 году ученые наблюдали, как часть света этой яркой звезды время от времени тускнела, предполагая, что перед ней проходила одна или несколько экзопланет, находящихся на орбите. За звездой следил космический телескоп NASA (TESS).
Экзопланеты (планеты за пределами нашей Солнечной системы) бывают бесчисленных типов. Наиболее распространенные в нашей галактике называются "субнептунами" - мирами, которые больше Земли, но меньше Нептуна и которые, по мнению ученых, вероятно, имеют твердое ядро с газовой атмосферой.
Дополнительные наблюдения за звездой, получившей обозначение HD 110067, с помощью TESS и телескопа Европейского космического агентства CHEOPS в 2022 году не только подтвердили наличие шести транзитных субнептунов, но и то, что эти космические составляющие оказывают друг на друга гравитационное влияние, вращаясь по определенной схеме. Астрономы называют это резонансом - конфигурация, которая редко сохраняется по мере развития многопланетной системы с течением времени. Планеты нашей Солнечной системы, например, не находятся в резонансе.
По данным авторов исследования, на каждые три оборота вокруг HD 110067, совершаемые самой внутренней планетой, вторая ближайшая планета совершает два. Та же самая закономерность существует между второй и третьей, третьей и четвертой планетами. В то же время, между четвертой и пятой, пятой и шестой планетами существует соотношение четырех и трех витков.
По словам Рафаэля Луке, астрофизика Чикагского университета и ведущего автора нового исследования, эта цепочка орбитальных взаимосвязей дает ключ к разгадке прошлого системы шести планет. По его словам, родительские звезды и их планеты рождаются одновременно из облака газа и космической пыли, которое начинает сплющиваться в форму диска. Большая часть газа поступает в центр, где формируется звезда, а на окраинах диска из пыли образуются молодые планеты. Эти планеты, когда они впервые формируются, имеют тенденцию находиться в резонансе, помогая поддерживать гравитационную стабильность системы.
"Тот факт, что экзопланеты редко встречаются в этих резонансах, - вот что меня действительно захватывает. Это предполагает, что динамическое разрушение этих первичных, нетронутых состояний является распространенным результатом формирования планет, и поэтому у нас осталось очень мало таких реликвий, машин времени, объясняющих, как рождаются планеты", - сказал Дэвид Киппинг, доцент кафедры астрономии Колумбийского университета, который не принимал участия в исследовании.
Наблюдения показывают, что только одна из 100 систем сохранила свой резонанс до наших дней, сказал Луке. Как правило, какое-то хаотическое возмущение - например, столкновение с астероидом или образование гигантской планеты, такой как Юпитер, с сильным гравитационным притяжением - быстро разрушает структуру после рождения системы.
По словам Луке, тот факт, что планеты HD 110067 все еще находятся в резонансе, позволяет предположить, что система оставалась неизменной на протяжении миллиардов лет, и может дать подсказки относительно того, какие условия позволили ей сохранить эту стабильность, а какие условия гарантировали, что наша Солнечная система этого не сделала.
Четыре внешние планеты нашей солнечной системы - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - вероятно, когда-то имели орбитальный резонанс, напоминающий орбитальный резонанс этой системы из шести планет, прежде чем их орбиты резко изменились около 4,5 миллиардов лет назад, сказал Луке.
Другие мультипланетные системы, находящиеся в резонансе, были открыты и раньше. Но это первый объект, у которого родительская звезда достаточно яркая, чтобы позволить ученым провести последующие исследования по измерению массы этих субнептунов и с предельной точностью определить, какие молекулы присутствуют в их атмосферах, сказали как авторы исследования, так и сторонние эксперты.
Хотя атмосферы экзопланет размером с Юпитер изучены очень подробно, "такие маленькие планеты, как те, что находятся в системе HD 110067, более загадочны", - сказал Говард Айзексон, астроном из Калифорнийского университета в Беркли, который не принимал участия в исследовании.
По мнению Исааксона и Луке, космический телескоп NASA имени Джеймса Уэбба, среди прочего, мог бы помочь охарактеризовать атмосферы этих шести новых экзопланет, возможно, наблюдая за такими молекулами, как метан, углекислый газ, вода и аммиак.
"Эта планетная система дает нам наилучшие шансы понять химический состав атмосфер малых планет. Это могло бы затем дать информацию о том, как маленькие планеты, такие как Земля и Нептун, формировались и развивались с течением времени", - сказал Томас Уилсон, астрофизик из Уорикского университета (Великобритания) и соавтор исследования.
