На сегодня астрономам известно больше тысячи систем, в которых вокруг одной звезды обращаются несколько планет. Правда, сравнивать их непросто. Одни миры удобнее находить по транзитам, другие — по небольшим движениям звезды под действием их гравитации. Вот почему наблюдаемая картина сильно зависит от возможностей телескопов и самих методов поиска.
Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy, попытались сравнить системы по единым признакам. В основную выборку вошли 298 систем, для которых известны массы планет и размеры их орбит. Проверить результат помогли дополнительные выборки.
Особенно четко выделились два семейства: по общей массе планет относительно массы родительской звезды. Если брать звезду солнечной массы, в первую группу попали системы с суммарной массой планет примерно до 80 масс Земли, во вторую — свыше 400. Причем системы между этими значениями ученые не отнесли ни к одному семейству: вероятность принадлежности к обоим была сопоставимой.
На этом различия не закончились. Маломассивные системы чаще встречаются у звезд легче Солнца или сопоставимых с ним по массе: как правило, они довольно компактны, а их планеты сравнительно близки друг к другу.
А вот массивные системы выглядят иначе. Они чаще образуются вокруг светил солнечной или большей массы, причем такие звезды зачастую богаче тяжелыми элементами. По расчетам, протопланетные диски, из которых эти системы возникли, могли содержать примерно втрое больше вещества, что может пойти на строительство планет.
Больше всего два семейства различались по орбитам планет. В массивных системах они были куда менее спокойными, чем в маломассивных и в Солнечной системе. Это говорит о бурной истории таких систем: планеты могли сближаться, сталкиваться и даже выбрасывать друг друга.
Компьютерное моделирование эту картину подтвердило. Лучше всего наблюдаемое распределение удалось воспроизвести в сценариях, где системы изначально были нестабильными или находились в неполных цепочках орбитальных резонансов. Во многих таких моделях по ходу эволюции терялась как минимум одна планета.
Выходит, свойства планетной системы зависят в том числе от того, сколько вещества было в ее протопланетном диске. При этом важны масса и химический состав родительского светила, а следом и гравитационная «борьба» между планетами.
Наблюдаемая картина, однако, неполная: современные методы помогают лучше находить одни типы систем и хуже — другие. Поэтому между двумя семействами могут существовать так называемые промежуточные варианты, обнаружить которые еще не удалось.
Результаты исследования тем не менее показали, что Солнечная система — лишь один из возможных вариантов устройства планетных систем, а не универсальный образец для всех остальных.