Attēla kredīts: NWU
Triju planētu savdabīgās orbītas, kas riņķo ap tālo zvaigzni, izskaidrojamas tikai tad, ja neredzētā ceturtā planēta izplūst cauri un izsit viņus no apļveida orbītām, liecina jauns Kalifornijas universitātes Bērklija un Ziemeļrietumu universitātes pētnieku pētījums.
Secinājums ir pamatots ar datoru ekstrapolācijām no 13 gadu novērojumiem, kas saistīti ar planētas kustību ap zvaigzni Upsilon Andromedae. Tas liek domāt, ka daudzu līdz šim atklāto ekstrasolāru planētu apļveida un bieži vien ļoti elipsveida orbītas var būt planētu izkliedes viena no otras rezultāts. Šādā gadījumā traucējošā planēta varētu tikt pilnībā izšauta no sistēmas vai arī varētu tikt izmesta tālu orbītā, atstājot iekšējās planētas ar ekscentriskām orbītām.
"Šī, iespējams, ir viena no divām vai trim ekstrasolārajām sistēmām, kurām ir vislabākie novērojumi un visstingrākie ierobežojumi, un tā stāsta unikālu stāstu," sacīja Ēriks Fords, Millera pēcdoktorantūras students no UC Berkeley. “Mēs izskaidrojam, ka ārējās planētas sākotnējā orbīta bija apļveida, taču tā ieguva šo pēkšņo sitienu, kas neatgriezeniski mainīja orbītu uz ļoti ekscentrisku. Lai nodrošinātu šo sitienu, mēs esam izvirzījuši hipotēzi, ka ir bijusi papildu planēta, kuru mēs tagad neredzam. Mēs ticam, ka tagad saprotam, kā šī sistēma darbojas. ”
Ja šāda planēta agrīnā savas vēstures laikā būtu ceļojusi caur mūsu Saules sistēmu, atzīmēja pētnieki, iespējams, ka uz iekšējām planētām tagad nebūtu tik labi apļveida orbītas, un, pamatojoties uz pašreizējiem pieņēmumiem par dzīvības izcelsmi, Zemes klimats varētu būt pārāk svārstījies lai būtu radusies dzīve.
"Kamēr planētas mūsu Saules sistēmā paliek stabilas miljardu gadu laikā, tas tā nebija gadījumā ar planētām, kuras riņķo ap Upsilon Andromedae," sacīja Fords. "Kaut arī šīs planētas varēja veidoties līdzīgi kā Jupiters un Saturns, to pašreizējās orbītas veidoja haotiskas un vardarbīgas mijiedarbības vēlīnā fāze."
Pēc Forda kolēģa Frederika A. Rasio, Ziemeļrietumu fizikas un astronomijas profesora, teiktā: “Mūsu rezultāti rāda, ka vienkāršs mehānisms, ko bieži sauc par“ planētas-planētas izkliedi ”- sava veida pavērsiena efekts pēkšņas gravitācijas vilkmes dēļ starp divām planētām, kad tās nonāk ļoti tuvu viena otrai - jābūt atbildīgām par ļoti ekscentriskajām orbītām, kas novērotas Upsilon Andromedae sistēmā. Mēs uzskatām, ka planētas-planētas izkliede bieži notika ekstrasolārajās planētu sistēmās, ne tikai šajā, kas rodas spēcīgas nestabilitātes dēļ. Tātad, lai arī planētu sistēmas ap citām zvaigznēm var būt izplatītas, tāda veida sistēmas, kas varētu uzturēt dzīvību, kurām, tāpat kā mūsu Saules sistēmai, domājams, ir jāpaliek stabilām ļoti ilgā laika posmā, var nebūt tik izplatītas. ”
Par datorsimulācijām ir ziņots žurnāla Nature 14. aprīļa numurā Ford, Rasio un Verene Lystad, pamatstudiju studentam, kas nodarbojas ar fiziku Ziemeļrietumu reģionā. Fords bija Rasio students Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā, pirms turpināja studijas Prinstonas universitātē un ieradās UC Berkeley 2004. gadā.
Ap Upsilon Andromedae esošā planētu sistēma ir viena no visvairāk pētītajām no 160 dažām sistēmām ar planētām, kas līdz šim atklātas ārpus mūsu pašu Saules sistēmas. Iekšējo planētu, “karsto Jupiteru”, kas ir tik tuvu zvaigznei, ka tā orbīta ir tikai dažas dienas, 1996. gadā atklāja UC Berkeley's Geoff Marcy un viņa planētu medību komanda. Divas ārējās planētas ar iegarenām orbītām, kas ļoti traucē viena otru, tika atklātas 1999. gadā. Šīs trīs milzīgās, Jupiteram līdzīgās planētas ap Upsilon Andromedae veidoja pirmo ekstrasolāru daudzplakņu sistēmu, ko atklāja Doplera spektroskopija.
Sakarā ar to, ka planētu orbītas ir ap Upsilon Andromedae, neparastā rakstura dēļ Marcijs un viņa komanda to ir intensīvi pētījuši, veicot gandrīz 500 novērojumus - 10 reizes vairāk nekā lielākajai daļai citu atrasto ekstrasolāru planētu. Šie novērojumi, kā arī viļņi zvaigznes kustībā, ko rada riņķojošās planētas, ļauj ļoti precīzi noteikt planētas kustības ap zvaigzni.
"Novērojumi ir tik precīzi, ka mēs varam vērot un paredzēt, kas notiks desmitiem tūkstošu gadu nākotnē," sacīja Fords.
Mūsdienās, kamēr visdziļākā planēta atrodas tuvāk zvaigznei, abas ārējās planētas riņķo olu formas orbītā. Pagātnes un nākotnes orbītas izmaiņu datorsimulācijas tomēr parādīja, ka ārējās planētas nodarbojas ar atkārtotu deju, kas reizi 7000 gados vidējās planētas orbītu apli.
"Šis īpašums atgriezties ļoti apļveida orbītā ir diezgan ievērojams un parasti nenotiek," sacīja Fords. “Dabisks izskaidrojums ir tāds, ka viņi kādreiz abi bija riņķveida orbītās, un viens saņēma lielu sitienu, kas lika tam kļūt ekscentriskam. Pēc tam sekojošā evolūcija lika otrai planētai palielināt savu ekscentriskumu, bet enerģijas saglabāšanas un leņķiskā impulsa dēļ tā periodiski atgriežas gandrīz gandrīz apļveida orbītā. ”
Iepriekš astronomi bija ierosinājuši divus iespējamos Upsilon Andromedae planētu sistēmas veidošanās scenārijus, taču novērojumu dati vēl nebija pietiekami, lai atšķirtu divus modeļus. Cits astronoms, Renu Malhotra no Arizonas universitātes, jau iepriekš bija ierosinājis, ka planētu-planētu izkliede varētu būt satraukta par Upsilon Andromedae ekscentriku. Bet alternatīvs skaidrojums apgalvoja, ka arī planētu un zvaigzni apjošo gāzes disku mijiedarbība varēja radīt šādas ekscentriskas orbītas. Apvienojot papildu novērojumu datus ar jauniem datoru modeļiem, Fords un viņa kolēģi spēja parādīt, ka mijiedarbība ar gāzes disku nebūtu radījusi novērotās orbītas, bet mijiedarbība ar citu planētu tos dabiski radītu.
“Galvenā atšķirīgā iezīme starp šīm teorijām bija tāda, ka mijiedarbība ar ārējo disku izraisītu to, ka orbītas mainās ļoti lēni, un spēcīga mijiedarbība ar garāmbraucošo planētu izraisītu orbītu mainīšanos ļoti ātri, salīdzinot ar 7000 gadu laika skalu orbītā attīstīties, ”sacīja Fords. "Tā kā abas hipotēzes sniedz dažādas prognozes sistēmas evolūcijai, mēs varam ierobežot sistēmas vēsturi, pamatojoties uz pašreizējām planētu orbītām."
Fords sacīja, ka, planētām veidojoties gāzes un putekļu diska iekšpusē, vilkšana uz planētām būtu saglabājusi orbītas apļveida virzienā. Pēc tam, kad putekļi un gāze izklīda, tikai mijiedarbība ar garu planētu varēja radīt divu šodien novēroto ārējo planētu īpašās orbītas. Iespējams, viņš atzīmēja, ka satraucošā planēta tika iedurta iekšējās planētās, mijiedarbojoties ar citām planētām, kas atrodas tālu no centrālās zvaigznes.
Lai arī kā tas sākās, izrietošā haotiskā mijiedarbība būtu radījusi ļoti ekscentrisku orbītu trešajai planētai, kas pēc tam arī pakāpeniski traucēja otrās planētas orbītu. Tā kā ārējā planēta dominē sistēmā, laika gaitā tā pietiekami traucēja vidējās planētas orbītu, lai lēnām to deformētu arī ekscentriskā orbītā, kas ir redzams šodien, kaut arī ik pēc 7000 gadiem vidējā planēta pakāpeniski atgriežas apļveida formā orbītā.
"Tas padara sistēmu tik savdabīgu," sacīja Rasio. Parasti gravitācijas savienojums starp divām eliptiskajām orbītām nekad neliek atgriezties gandrīz ideālā lokā. Aplis ir ļoti īpašs. ”
"Sākotnēji mūsu pētījuma galvenais mērķis bija simulēt Upsilon Andromedae planētu sistēmu, galvenokārt, lai noteiktu, vai divas ārējās planētas atrodas tajā pašā plaknē, kā to dara Saules sistēmas planētas," sacīja Listade, kura sāka darbu ar Rasio kad viņa bija otrā kursa studente un veica daudzus datoru integrācijas darbus vecākās disertācijas ietvaros. “Mēs bijām pārsteigti, ka daudzām no mūsu simulācijām bija grūti pateikt, vai planētas atrodas vienā plaknē sakarā ar to, ka vidējā planētas orbīta periodiski kļuva tik ļoti gandrīz apļveida. Kad mēs pamanījām, ka šī dīvainā izturēšanās ir sastopama visās mūsu simulācijās, mēs to atzinām kā sistēmas iezīmi, kurai bija notikusi planētu-planētu izkliede. Mēs sapratām, ka notiek kaut kas daudz interesantāks, nekā kāds iepriekš bija atradis. ”
Izpratnei par to, kas notika Upsilon Andromedae un citu ekstrasolāru planētu sistēmu veidošanās un evolūcijas laikā, ir liela ietekme uz mūsu pašu Saules sistēmu.
"Kad jūs saprotat, ka lielākajai daļai zināmo ekstrasolāru planētu ir ļoti ekscentriskas orbītas (piemēram, planētas Upsilon Andromedae), jūs sākat domāt, vai mūsu Saules sistēmā varētu būt kaut kas īpašs," sacīja Fords. “Vai vardarbīga planētu un planētu izkliede varētu būt tik izplatīta, ka tikai dažas planētu sistēmas paliek mierīgas un apdzīvojamas? Par laimi, astronomi - UC Berkeley astronomijas profesora Geofa Marčija vadībā - centīgi izdara novērojumus, kas galu galā atbildēs uz šo aizraujošo jautājumu. ”
Pētījumu atbalstīja Nacionālais zinātnes fonds un UC Berkeley's Miller Institute for Basic Research.
Oriģinālais avots: Berkeley News Release
