Резонансы системы TRAPPIST-1 превратили в музыку

Об открытии ранее неизвестных экзопланет в системе красного карлика TRAPPIST-1 NASA сообщило в феврале 2017 года. Согласно описанию, вокруг звезды, расположенной на расстоянии 39,5 световых лет от Земли, обращаются семь планет, три из которых находятся в обитаемой зоне (например, могут содержать жидкую воду). Несмотря на то, что астрофизики усомнились в пригодности объектов для жизни, они представляют интерес для ученых. В частности, экзопланеты системы обладают диаметром, сопоставимым с земным (79–113 процентов), каменистым составом поверхности и сидерическим периодом в 1,15–20 дней.

При этом орбиты экзопланет системы изучены недостаточно. Известно, что они попарно соотносятся между собой практически как целые числа. Так, под резонансом (соотношением) 2:3 понимеются два оборота одной планеты на три оборота другой. Поскольку возраст TRAPPIST-1 оценивается в несколько миллиардов лет, после открытия исследователи попытались изучить такую стабильность с помощью компьютерного моделирования с различными начальными условиями. Однако в большинстве случаев моделируемые планеты сталкивались примерно через полмиллиона лет после возникновения.

Обнаружение системы в переходном состоянии — чрезвычайно маловероятное событие, поэтому ученые продолжили поиск факторов, способствующих ее устойчивости. Ранее к ним, например, было отнесено подавление эксцентричности орбит. В новой работе сотрудники Торонтского университета проанализировали стабильность системы TRAPPIST-1, сосредоточившись на поиске наиболее вероятных архитектур, которые могли сформироваться из протопланетного диска. Результаты показали, что такие конфигурации обладают периодом жизни, по меньшей мере на два порядка превышающим условия в прошлых работах.

Ключевую роль в обеспечении устойчивости системы, по мнению ученых, играет цепочка резонансов. Обычно феномен встречается изолированно — в кольцах Сатурна, среди спутников Юпитера — и ассоциируется с высокостабильными орбитами. В случае TRAPPIST-1 такие резонансы формируют серию — и могли возникнуть естественным образом. Чтобы визуализировать расчеты авторов, астрофизик Мэтт Руссо (Matt Russo) синтезировал аудиоверсию резонансных орбит системы. Каждому транзиту планет перед звездой в треке соответствует нота, частота которой сопоставима с периодом их обращения.

Сближение планет друг с другом сопровождается ударом в барабан, кроме того, композиция изменяется вслед за яркостью звезды. В 2015 году турецкий ученый Бурак Улаш (Burak Ulas) также использовал астрофизические данные для создания пьесы для фортепиано на основе гравитационных колебаний в системе Y Жирафа. Весной 2016 года превратить в музыку удалось и данные детектора ATLAS в Большом адронном коллайдере (БАК), причем различным тонам соответствовало количество энергии.

Подробности работы представлены в The Astrophysical Journal Letters.