Космическое происхождение влияет на многое: одни планетные системы живут в гармонии, а другие ведут себя как конфликтующие соседи, выбрасывая друг друга за пределы.
Все счастливые космические семьи похожи друг на друга, а все несчастные семьи несчастливы… в чем-то они тоже схожи. Ученые установили, что планетные системы могут развиваться по двум кардинально различным сценариям. В первых вокруг звезды формируется множество небольших миров, расположенных близко друг к другу. В других же возникают более массивные планеты на далеких орбитах, и их история сопровождается серьезными гравитационными изменениями. К такому выводу пришла международная команда астрономов, изучившая 300 хорошо исследованных экзопланетных систем Млечного Пути.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy. Работа демонстрирует, что характеристики звезды-хозяйки связаны не только с условиями, при которых формировались планеты, но и с последующей эволюцией всей системы.
Первая группа включает массивные конструкции, которые находятся вокруг звезд, тяжелее Солнца, и с повышенным содержанием тяжелых элементов (металличностью). Их общая масса зачастую составляет от двух до десяти солнечных масс. Планеты в таких системах могут находиться на значительном расстоянии друг от друга, а их орбиты характеризуются высокой динамической нестабильностью.
Вторая группа имеет более компактное строение. Ее объекты обладают сравнительно небольшими массами и размерами, и часто похожи друг на друга. Астрономы описывают такую конфигурацию как «горошины в стручке»: если одна планета оказывается небольшой, то и соседние также, как правило, относятся к тому же размерному классу. Подобные системы наблюдаются у звезд с массой и содержанием тяжелых элементов не выше солнечных. Во многих случаях планеты располагаются даже ближе к своим светилам, чем Меркурий к Солнцу.
Планетный бильярд: почему некоторые «шары» покидают пределы
Отличия между двумя семействами наблюдаются не только в размерах планет и расстояниях до звезд. Ученые оценили так называемую динамическую температуру систем — показатель, который демонстрирует, насколько их строение отклоняется от стабильной конфигурации, в которой планеты движутся по круговым или низкоэксцентричным орбитам в одной плоскости.
В массивных и разреженных системах температура выше. Исследователи предполагают, что в их прошлом могли происходить значительные гравитационные возмущения и столкновения крупных объектов. Некоторые планеты в результате могли полностью покинуть родную систему. Иными словами, современная архитектура таких миров может быть следствием бурного прошлого.
Компьютерное моделирование подтвердило данную гипотезу. Наиболее убедительные наблюдения объясняли сценарии, в которых массивные системы изначально формировались нестабильными. Вокруг более массивных звезд имеется больше вещества для формирования планет, и некоторые из них могут достигать таких размеров, что системе сложно сохранять устойчивость.
При этом астрономам пришлось различать реальные отличия от ограничений наблюдений: современные телескопы не одинаково эффективно обнаруживают планеты всех размеров и на любых орбитах. Тем не менее, результаты анализа указали на более глубокие структурные различия, которые не могут быть объяснены исключительно методом наблюдений.
Исследование не предполагает, что каждая система обязательно относится к одной из двух четко определённых категорий. Однако оно способствует пониманию причин, по которым планетные миры так различны, и какие из них могут быть схожи с нашей Солнечной системой. Это имеет значение и для поиска экзопланет, которые потенциально могут поддерживать жизнь. Их судьба зависит не только от расстояния до звезды, но и от условий, в которых вся система была сформирована.
