Kujutise krediit: NWU
Kolme kauge tähe ümber tiirleva planeedi omapäraseid orbiite saab seletada ainult siis, kui mõni nähtamatu neljas planeet lagunes läbi ja koputas nad ringikujulistest orbiitidest välja, selgub California ülikooli Berkeley ja Loodeülikooli teadlaste uuest uuringust.
Järeldus põhineb arvuti ekstrapolatsioonidel, mis on saadud tähe Upsilon Andromedae ümbritsevate planeedi liikumiste 13-aastase vaatluse põhjal. See viitab sellele, et paljude seni avastatud ekstrasolaarsete planeetide ümmargused ja sageli väga elliptilised orbiidid võivad olla üksteisest hajunud planeetide tagajärg. Sellise stsenaariumi korral võiks häiriva planeedi täielikult süsteemist välja lasta või selle võib kaugele orbiidile lüüa, jättes siseplaneedid ekstsentriliste orbiitidega.
"See on tõenäoliselt üks kahest või kolmest ekstrasolaarsest süsteemist, millel on parimad vaatlused ja kõige kitsamad piirangud, ning see räägib ainulaadse loo," rääkis UC Berkeley aspirantidest Milleri asutaja Eric Ford. „Meie seletus on see, et välimise planeedi algne orbiit oli ringikujuline, kuid see sai selle äkilise löögi, mis muutis selle orbiidi püsivalt väga ekstsentriliseks. Selle avalduse saamiseks oleme hüpoteesi teinud, et eksisteeris veel üks planeet, mida me praegu ei näe. Usume, et mõistame nüüd, kuidas see süsteem töötab. ”
Kui selline planeet oleks meie päikesesüsteemi läbi teinud oma ajaloo alguses, märkisid teadlased, et siseplaneetidel ei pruugi praegu olla nii kenasti ringikujulisi orbiite ning praeguste oletuste kohta elu päritolu kohta oleks Maa kliima võinud kõikuda liiga palju et elu oleks tekkinud.
"Kuigi meie päikesesüsteemi planeedid püsivad miljardite aastate jooksul stabiilsena, ei olnud see Upsilon Andromedae tiirlevate planeetide puhul," ütles Ford. "Ehkki need planeedid võisid moodustuda sarnaselt Jupiterile ja Saturnile, moodustasid nende praegused orbiidid kaootilise ja vägivaldse koostoime hiline faas."
Fordi kolleegi, Northwesterni füüsika ja astronoomia dotsendi Frederic A. Rasio sõnul on „Meie tulemused näitavad, et lihtne mehhanism, mida sageli nimetatakse ka“ planeedi-planeedi hajutamiseks ”- omamoodi pildistatav efekt, mis tuleneb äkilisest gravitatsioonilisest tõmbest kahe vahel planeedid, kui nad asuvad üksteise lähedal - peavad vastutama Upsilon Andromedae süsteemis täheldatud väga ekstsentriliste orbiitide eest. Usume, et planeedi ja planeedi hajumine toimus sageli ka ekstrasolaarses planeedisüsteemis, mitte ainult selles, mis on tingitud tugevast ebastabiilsusest. Ehkki teiste tähtede ümber olevad planeedisüsteemid võivad olla tavalised, ei pruugi sellised elu toetavad süsteemid, mis sarnaselt meie päikesesüsteemile, mis eeldatavasti peavad püsima väga pikkade skaalade korral, olema nii levinud. "
Arvutisimulatsioonidest on juttu ajakirja Nature 14. aprilli numbris, mille autorid on Ford, Rasio ja Verene Lystad, Loode-Eesti füüsika eriala üliõpilane. Enne Princetoni ülikoolis kraadiõppimist ja 2004. aastal UC Berkeleysse saabumist oli Ford õppinud Rasio's Massachusettsi tehnoloogiainstituudis.
Upsilon Andromedae ümbritsev planeedisüsteem on üks enam uuritud 160-st süsteemist, mille planeedid on seni avastatud väljaspool meie enda päikesesüsteemi. Siseplaneedi, tähega nii lähedal asuva “kuuma Jupiteri”, mille orbiidil on vaid mõni päev, avastasid 1996. aastal UC Berkeley Geoff Marcy ja tema planeedijahi meeskond. Kaks välimist planeeti, mille piklikud orbiidid üksteist tugevalt häirivad, avastati 1999. aastal. Need kolm Upsilon Andromedae ümbruses asuvat tohutut Jupiteritaolist planeeti moodustasid esimese Doppleri spektroskoopia abil avastatud ekstrasolaarsete mitme planeedi süsteemide.
Upsilon Andromedae ümbruses olevate planeetide orbiitide ebahariliku iseloomu tõttu on Marcy ja tema meeskond seda intensiivselt uurinud, tehes ligi 500 vaatlust - 10 korda rohkem kui enamiku teiste ekstrasolaarsete planeetide puhul, mida on leitud. Need tähelepanekud, st tähe liikumises esinevad võnked, mis on põhjustatud tiirlevatest planeetidest, võimaldavad planeetide liikumist tähe ümber väga täpselt kaardistada.
"Vaatlused on nii täpsed, et saame jälgida ja ennustada, mis tulevikus kümnete tuhandete aastate jooksul juhtub," ütles Ford.
Täna, kui sisemine planeet tiirleb tähe lähedal, tiirlevad kaks välimist planeeti munakujulistel orbiitidel. Varasemate ja tulevaste orbitaalmuudatuste arvutisimulatsioonid näitasid aga, et välisplaneedid tegelevad korduva tantsuga, mis viib iga 7000 aasta tagant ringi keskplaneedi orbiidil.
"See ringikujulisele orbiidile naasmise omadus on üsna tähelepanuväärne ja üldiselt seda ei juhtu," ütles Ford. “Looduslik seletus on see, et nad olid kunagi mõlemad ümmargustel orbiitidel ja üks sai suure löögi, mille tõttu see muutus ekstsentriliseks. Seejärel põhjustas hilisem evolutsioon teisel planeedil ekstsentrilisuse, kuid energia ja nurkkiiruse säilimise tõttu naaseb see perioodiliselt väga ümmargusele orbiidile. ”
Varem olid astronoomid pakkunud välja Upsilon Andromedae planeedisüsteemi moodustamiseks kaks võimalikku stsenaariumi, kuid vaatlusandmed polnud kahe mudeli eristamiseks veel piisavad. Teine astronoom, Arizona ülikooli Renu Malhotra, oli juba varem arvanud, et planeetide-planeetide hajutamine võis erutada Upsilon Andromedae ekstsentriklikke. Kuid alternatiivne seletus väitis, et ka tähtede ümbritseva planeedi ja gaasiketta vastastikune mõju võis tekitada sellised ekstsentrilised orbiidid. Täiendavate vaatlusandmete ühendamisega uute arvutimudelitega suutsid Ford ja tema kolleegid näidata, et interaktsioonid gaaskettaga ei oleks vaadeldatud orbiite tekitanud, vaid et interaktsioonid teise planeediga tekitaksid need loomulikult.
Nende teooriate peamine eristav omadus oli see, et interaktsioonid välise kettaga muudavad orbiidid väga aeglaselt ja tugev interaktsioon mööduva planeediga paneb orbiidid muutuma väga kiiresti, võrreldes 7000-aastase skaalaga orbiidid arenevad, ”sõnas Ford. "Kuna need kaks hüpoteesi teevad süsteemi arengu kohta erinevaid ennustusi, saame süsteemi ajalugu piirata praeguste planeetide orbiitide põhjal."
Ford ütles, et kuna planeedid moodustasid gaasi ja tolmu ketta sees, oleks planeetide tõmbetugevus hoidnud nende orbiidid ringikujulisena. Pärast tolmu ja gaasi hajumist võis vaid interaktsioon mööduva planeediga luua kahe tänapäeval täheldatud välise planeedi konkreetsed orbiidid. Võib-olla, märkis ta, koputasid häirivat planeeti siseplaneedid interaktsioonide kaudu teiste kesktähest kaugel asuvate planeetidega.
Sellest hoolimata, et sellest alguse sai, oleksid kaootilised koostoimed loonud väga ekstsentrilise orbiidi kolmandale planeedile, mis järk-järgult häiris ka teise planeedi orbiiti. Kuna välimine planeet domineerib süsteemis, häiris see aja jooksul keskmise planeedi orbiiti piisavalt, et deformeerida see aeglaselt ka ekstsentriliseks orbiidiks, nagu tänapäeval näha on, ehkki umbes iga 7000 aasta tagant naaseb keskmine planeet järk-järgult ringikujuliseks orbiit.
"See teebki süsteemi nii omapäraseks," ütles Rasio. Tavaliselt ei tee kahe elliptilise orbiidi vaheline gravitatsiooniline ühendus kunagi tagasi peaaegu täiuslikku ringi. Ring on väga eriline. ”
"Algselt oli meie uurimistöö peamine eesmärk Upsilon Andromedae planeedisüsteemi simuleerimine, peamiselt selleks, et teha kindlaks, kas kaks välimist planeeti asuvad samal tasapinnal nagu Päikesesüsteemi planeedid," rääkis Rasioga koostööd alustanud Lystad. kui ta oli abiturient ja tegi oma vanema lõputöö raames palju arvutiintegratsioone. „Me olime üllatunud, et paljude meie simulatsioonide jaoks oli keeruline öelda, kas planeedid olid samal tasapinnal, kuna keskmise planeedi orbiit muutus perioodiliselt nii peaaegu ringikujuliseks. Kui märkasime, et see kummaline käitumine oli kõigis meie simulatsioonides olemas, tunnistasime seda süsteemi, mis oli läbinud planeedi-planeedi hajutamise, kõrvamärgiks. Mõistsime, et toimub midagi palju huvitavamat, kui keegi varem oli leidnud. ”
Upsilon Andromedae ja teiste ekstrasolaarsete planeedisüsteemide kujunemise ja evolutsiooni käigus toimunu mõistmine mõjutab meie endi päikesesüsteemi olulisel määral.
"Kui olete aru saanud, et enamikul teadaolevatest ekstrasolaarsetest planeetidest on väga ekstsentrilised orbiidid (nagu näiteks Upsilon Andromedae planeedid), hakkate mõtlema, kas meie päikesesüsteemis võiks olla midagi erilist," ütles Ford. “Kas planeetide vägivaldne hajutamine võib olla nii tavaline, et vähesed planeedisüsteemid jäävad rahulikuks ja elamiskõlblikuks? Õnneks teevad astronoomid - UC Berkeley astronoomiaprofessori Geoff Marcy juhtimisel - usinasti tähelepanekuid, mis sellele põnevale küsimusele lõpuks vastuse annavad. ”
Teadusuuringuid toetasid Riiklik Teadusfond ja UC Berkeley’s Milleri alusuuringute instituut.
Algne allikas: Berkeley pressiteade
