Большинство известных крупных экзопланет вращаются в космосе иначе по сравнению с газовыми гигантами Солнечной системы. Эти тела чаще летают вплотную к звездам по вытянутым эллиптическим траекториям.
Отдельное внимание астрономов традиционно притягивают «теплые юпитеры». Такие газовые шары занимают промежуточные дистанции между горячими компаньонами на коротких орбитах и далекими ледяными мирами вроде Нептуна. Ученые десятилетиями искали точный физический механизм миграции газовых объектов ближе к центру систем.
Орбиты планет обычно остаются стабильными миллионы лет. Телескопы фиксируют их движение по одним и тем же неизменным траекториям. Авторы новой научной работы описали систему, где из-за взаимной гравитации геометрия путей ломается на глазах одного поколения людей. Статью об этом опубликовали в журнале Science Advances.
В центре внимания была молодая звезда чуть крупнее и горячее Солнца. Ученые собрали наблюдения за четыре года. Они применили сразу четыре телескопических метода: измерили гравитационные колебания светила, изучили падения его яркости при микрозатмениях планетами и отследили сдвиги орбитальных циклов.
Вокруг звезды обращались три главных тела. Ближе всех летала местная суперземля. Ее радиус превышал земной почти в полтора раза. Она делала оборот за шесть дней и подходила слишком близко к звезде для сохранения жидкой воды. Исследователи оценили массу этой планеты примерно в шесть масс Земли. За ней двигался теплый газовый гигант: он весил 164 земные массы и замыкал круг за 53 дня.
Самым тяжелым оказался внешний коричневый карлик, его масса обгоняла Юпитер в 15 раз. Это граница между планетами и тусклыми звездами без ядерных реакций. Карлик летел по широкой вытянутой орбите и совершал оборот за 2890 дней. В максимуме он подходил к звезде ближе марсианских значений, а затем улетал дальше орбиты Юпитера.
Компьютерные симуляции объяснили вытянутую орбиту внешнего карлика. Астрономы добавили в расчетную модель гипотетическую массивную звезду далеко за пределами системы. Гравитация невидимого компаньона раскачивала пути всех соседей математически. Исследователи подчеркнули: эту вторую звезду еще предстоит найти с помощью оптических телескопов.
Модель также выявила сильный перекос орбитальных путей. Траектории трех тел не лежали в одной ровной плоскости, а расходились под углами от 13° до 41°. Из-за столь сильного наклона гравитация огромного внешнего карлика начала перетягивать внутренние планеты на себя. Их орбиты стали медленно раскачиваться и менять пространственное положение наподобие крутящегося волчка.
Астрономы находили эти планеты по транзитам, когда те проходили точно на фоне звезды и перекрывали часть ее света. Но из-за раскачивания траектории объектов начали смещаться вверх или вниз относительно луча зрения с Земли. Спустя 200 лет путь суперземли отклонится настолько, что планета будет пролетать строго выше или ниже звездного диска. Телескопы перестанут фиксировать ее затмения. Позже по этой же причине из вида пропадут газовый гигант и сам карлик. Процесс раскачивания орбит идет по замкнутому кругу, поэтому транзиты всех трех объектов снова станут видимыми для астрономов лишь через 10 000 лет.
Система TOI-201 обновила взгляды на образование миров. Раньше теории требовали вращения планет строго в одной плоскости по аналогии с изначальным газопылевым диском. Новые данные показали разрушение этого порядка из-за длительных гравитационных перестроек. Следующий пролет коричневого карлика ожидают 26 марта 2031 года, и это событие подарит обсерваториям свежие данные в режиме реального времени.