Астрономы объяснили необычный ритм орбитального вращения планет системы Trappist-1

Система Trappist-1 расположена в 40 световых годах от нас. В ее центре — маленький и холодный красный карлик, который по массе примерно в 10 раз меньше Солнца. Вокруг летают семь планет: четыре сопоставимы по массе с Землей, остальные в два раза меньше. Несмотря на размеры, вряд ли они пригодны для жизни. Система настолько компактная, что с запасом поместилась бы внутри орбиты Меркурия. Ее главная особенность — резонансное движение планет.

Орбитальный резонанс — ситуация, при которой периоды обращения планет соотносятся как натуральные числа. В системе Trappist-1 планеты удерживают резонанс в парах: 8:5, 5:3, 3:2, 3:2, 4:3 и 3:2. Так за каждые восемь оборотов первой планеты Trappist-1b, вторая планета Trappist-1c успевает сделать пять. Кстати, вращаются они быстро. Первая делает оборот вокруг звезды за 1,5 земного дня, а самая дальняя, Trappist-1h, — за 18,7 земного дня.

Подобная ритмичность — признак того, что система «сохранила» историю простой миграции своих планет в диске, то есть под действием сил гравитации между формирующимися планетами и газом в протопланетном диске. Проблема в том, что такая миграция в системе вроде Trappist-1 должна была дать более простые резонансы между ближайшими к звезде планетами. Как показало компьютерное моделирование, вместо 8:5 и 5:3 у Trappist-1b, c и d должен быть ритм 3:2.

Ученые пробовали объяснить изменение резонанса между планетами Trappist-1 через особые условия, сформировавшиеся в диске. Они предположили, что диск Trappist-1 был в 50 раз эффективнее в своем влиянии на планеты, чем можно ожидать от подобной системы.

В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Nature Astronomy, астрономы предложили другой сценарий. Они оттолкнулись от идеи рассеивания и смещения границы самого протопланетного диска. Оказалось, в этом случае планеты сами меняют ритмы своего вращения.

По расчетам авторов новой работы, внутренние планеты системы Trappist-1, то есть планеты Trappist-1b, c, d и е, сформировали резонансы 3:2, когда диск вблизи звезды начал рассеиваться. Тогда ближайшие к звезде планеты стали «падать» в открывшееся пространство. Тем временем планета Trappist-1е, самая дальняя из них, «притянулась» к внутренней границе протопланетного диска.

Диск продолжал рассеиваться. Trappist-1е «следовала» за ним, удаляясь от внутренних планет и теряя с ними «ритмичную» связь. Внутренние планеты при этом продолжали приближаться к звезде, выйдя на те самые загадочные резонансы 8:5 и 5:3.

В какой-то момент, следуя за диском, планета Trappist-1е «наткнулась» на мигрирующую «внутрь» пару внешних планет Trappist-1f и g. Они «выбили» ее с границы диска, и Trappist-1е начала обратное движение к звезде, где вновь встретилась с Trappist-1d. В процессе сближения Trappist-1e, вероятно, прошла с Trappist-1d через резонансы 9:5, 5:3, 8:5, пока не вернулась с ней в ритм 3:2. Уже позже извне мигрировала планета h, сформировав резонанс с планетой g. Так и появилась современная система Trappist-1.

«Изучая Trappist-1, мы смогли протестировать новые гипотезы об эволюции планетных систем. Trappist-1 очень интересна своей сложностью, своей длинной цепочкой планет. Это отличный образец для проверки альтернативных теорий о формировании планетных систем», — объяснила Габриэль Пикьерри (Gabriele Pichierri), исследователь из Калифорнийского технологического института (США) и один из авторов новой работы. Она работает в группе профессора Константина Батыгина, одного из создателей гипотезы о существовании девятой планеты Солнечной системы. Он выступил соавтором новой публикации.