Kreditna slika: NWU
Osobita orbita tri planeta koja se petlja oko daleke zvijezde može se objasniti samo ako je neviđena četvrta planeta provalila i izbacila ih iz svojih kružnih orbita, prema novom istraživanju istraživača sa Sveučilišta u Kaliforniji, Berkeley i Sveučilišta Northwestern.
Zaključak se temelji na računalnim ekstrapolacijama iz 13 godina promatranja kretanja planeta oko zvijezde Upsilona Andromedae. To sugerira da su nekružne i često izrazito eliptične orbite mnogih ekstrasolarnih planeta otkrivene do danas mogu biti rezultat raseljavanja planeta jedna od druge. U takvom scenariju, uznemirujući planet mogao bi se u cijelosti izbaciti iz sustava ili ga moći baciti u daleku orbitu, ostavljajući unutarnje planete ekscentričnim orbitama.
"Ovo je vjerojatno jedan od dva ili tri ekstrasolarna sustava koji imaju najbolja zapažanja i najstroža ograničenja, a on govori o jedinstvenoj priči", rekao je Eric Ford, Millerov postdoktorski suradnik u UC Berkeley. "Naše objašnjenje je da je prvotna orbita vanjske planete bila kružna, ali to je naglo izbacilo njenu orbitu u izrazito ekscentričnu. Da bismo ga uspostavili, pretpostavili smo da postoji dodatna planeta koju sada ne vidimo. Vjerujemo da sada razumijemo kako ovaj sustav funkcionira. "
Da je takav planet karomirao kroz naš Sunčev sustav u ranoj povijesti, primijetili su istraživači, unutarnja planeta možda sada ne bi imala tako lijepo kružne orbite, a, na temelju trenutnih pretpostavki o podrijetlu života, klimatska snaga Zemlje možda bi previše fluktuirala za život koji je nastao.
"Iako planeti u našem Sunčevom sustavu ostaju stabilni milijarde godina, to nije bio slučaj za planete koji orbitiraju oko Upsilona Andromedae", rekao je Ford. "Iako su se te planete mogle formirati slično kao Jupiter i Saturn, njihove su trenutne orbite iscrtane kasnom fazom haotičnih i nasilnih interakcija."
Prema Fordovom kolegi Fredericu A. Rasiou, izvanrednom profesoru fizike i astronomije na sjeverozapadu, „Naši rezultati pokazuju da je jednostavan mehanizam, često nazvan„ raspršenje planeta-planeta “, svojevrsni efekt grickanja zbog naglog gravitacijskog povlačenja između dva planeti kad se približe jedno drugom - moraju biti odgovorni za izrazito ekscentrične orbite opažene u Upsilon Andromedae sustavu. Vjerujemo da se raspršenje planeta i planeta često događalo u ekstrasolarnim planetarnim sustavima, a ne samo u ovom, što je rezultat jakih nestabilnosti. Iako su planetarni sustavi oko drugih zvijezda možda uobičajeni, vrste sustava koji bi mogli podržavati život, koji, poput našeg Sunčevog sustava, vjerojatno moraju ostati stabilni tijekom dugog vremena, možda nisu tako uobičajeni. "
Računalne simulacije izviještene su u broju časopisa Nature za 14. april Ford, Rasio i Verene Lystad, studentu dodiplomskog studija fizike na sjeverozapadu. Ford je bio student tvrtke Rasio na Tehnološkom institutu u Massachusettsu prije nego što je nastavio diplomski studij na Sveučilištu Princeton i stigao u UC Berkeley 2004. godine.
Planetarni sustav oko Upsilona Andromedae jedan je od najgledanijih 160-tak nekih sustava s planetama otkrivenim do sada izvan našeg vlastitog Sunčevog sustava. Unutarnji planet, "vrući Jupiter" toliko blizu zvijezde da je njegova orbita samo nekoliko dana, 1996. godine otkrio je Geoff Marcy iz UC Berkeleyja i njegov tim za lov na planete. Dvije vanjske planete, s izduženim orbitama koje se snažno uznemiruju, otkrivene su 1999. Ove tri ogromne planete slične Jupiteru oko Upsilona Andromedae činile su prvi ekstrasolarni multi-planetni sustav otkriven Dopplerovom spektroskopijom.
Zbog neobične prirode planetarne orbite oko Upsilona Andromedae, Marcy i njegov tim intenzivno su je proučavali, izvevši gotovo 500 promatranja - 10 puta više nego za većinu ostalih ekstrasolarnih planeta koji su pronađeni. Ta opažanja, kolebanja u gibanju zvijezde izazvana u orbiti planeta, omogućuju vrlo precizno crtanje kretanja planeta oko zvijezde.
"Promatranja su toliko precizna da možemo gledati i predviđati što će se događati za desetke tisuća godina u budućnosti", rekao je Ford.
Danas, dok se najunutarnji planet zgrće u blizini zvijezde, dva vanjska planeta orbitiraju u orbiti u obliku jaja. Računalne simulacije prošlih i budućih promjena u orbiti pokazale su, međutim, da su vanjski planeti uključeni u ples koji se ponavlja, a koji jednom svakih 7000 godina dovedu orbitu srednjeg planeta u krug.
"To svojstvo povratka u vrlo kružnu orbitu je prilično nevjerojatno i uglavnom se ne događa", rekao je Ford. "Prirodno objašnjenje je da su nekoć bili u kružnim orbitama, a jedan je dobio velik udarac zbog kojeg je postao ekscentričan. Zatim je naknadna evolucija uzrokovala da drugi planet poraste u svojoj ekscentričnosti, ali zbog očuvanja energije i zamaha kutova periodično se vraća u vrlo skoro kružnu orbitu. "
Ranije su astronomi predložili dva moguća scenarija za formiranje planetarnog sustava Upsilona Andromedae, ali podaci o promatranju još nisu bili dovoljni za razlikovanje dva modela. Drugi astronom, Renu Malhotra sa Sveučilišta u Arizoni, ranije je sugerirao da bi rasipanje planeta i planeta moglo pobuditi ekscentričnosti u Upsilonu Andromedae. No, alternativno objašnjenje tvrdilo je da bi interakcije među planetima i plinskim diskom koji okružuje zvijezdu također mogli proizvesti takve ekscentrične orbite. Kombinacijom dodatnih podataka promatranja s novim računalnim modelima, Ford i njegovi kolege uspjeli su pokazati da interakcije s plinskim diskom ne bi proizvele promatrane orbite, ali da bi ih interakcije s drugim planetom prirodno stvorile.
„Ključna karakteristika tih teorija bila je da će interakcije s vanjskim diskom uzrokovati da se orbita mijenja vrlo sporo, a snažna interakcija s planetom koji prolazi uzrokovala bi da se orbite promijene vrlo brzo u usporedbi sa 7000-godišnjom vremenskom ljestvicom za u orbiti za razvoj ", rekao je Ford. "Budući da dvije hipoteze daju različita predviđanja za razvoj sustava, možemo ograničiti povijest sustava na temelju trenutnih planetarnih orbita."
Ford je rekao da bi, kako se planeti formiraju unutar diska plina i prašine, povlačenje planeta održavalo svoje kružne orbite. Nakon što su se prašina i plin raspršili, samo interakcija s planetom koji je prolazio mogla je stvoriti posebne orbite dviju vanjskih planeta koje danas promatramo. Možda je, napomenuo je, uznemirujući planet udario u unutarnje planete interakcijom s drugim planetima daleko od središnje zvijezde.
Međutim, kako je krenulo, rezultirale kaotične interakcije stvorile bi vrlo ekscentričnu orbitu za treću planetu, koja bi potom postupno izobličila orbitu drugog planeta. Budući da vanjski planet dominira sustavom, vremenom ga je izobličila orbita srednjeg planeta dovoljno da se polako deformira i u ekscentričnu orbitu, što se vidi i danas, premda se svakih 7000 godina ili srednji planet postupno vraća u kružni tok orbita.
"To sustav čini tako osebujnim", rekao je Rasio. “Obično, gravitacijski spoj između dvije eliptične orbite nikada ne bi napravio povratak u gotovo savršen krug. Krug je vrlo poseban. "
"Izvorno je glavni cilj našeg istraživanja bio simulirati planetarni sustav Upsilon Andromedae, u osnovi kako bi se utvrdilo postoje li vanjska dva planeta u istoj ravnini kao i planeti u Sunčevom sustavu", rekao je Lystad, koji je započeo suradnju s Rasiom kad je bila druga učenica i radila je brojne računalne integracije u sklopu svog starijeg rada. „Bili smo iznenađeni kada smo otkrili da je za mnoge naše simulacije bilo teško odrediti jesu li planete u istoj ravnini zbog činjenice da je orbita srednjeg planeta periodično postala toliko gotovo kružna. Jednom kada smo primijetili da je ovo neobično ponašanje prisutno u svim našim simulacijama, prepoznali smo ga kao oznaku sustava koji je pretrpio rasipanje planeta i planete. Shvatili smo da se događa nešto mnogo zanimljivije nego što je itko prije pronašao. "
Razumijevanje onoga što se dogodilo tijekom nastanka i evolucije Upsilona Andromedae i ostalih ekstrasolarnih planetarnih sustava ima velike posljedice na naš vlastiti Sunčev sustav.
"Jednom kada shvatite da većina poznatih ekstrasolarnih planeta ima izrazito ekscentrične orbite (poput planeta u Upsilonu Andromedae), počnete se pitati postoji li možda nešto posebno u našem Sunčevom sustavu", rekao je Ford. "Može li nasilno rasipanje planeta i planeta biti toliko uobičajeno da malo planetarnih sustava ostaje mirno i useljivo? Srećom, astronomi - predvođeni Geoffom Marcyjem, profesorom astronomije na UC Berkeley - marljivo izrađuju zapažanja koja će na kraju odgovoriti na ovo uzbudljivo pitanje. "
Istraživanje su podržali Nacionalna zaklada za znanost i Institut za osnovna istraživanja UC Berkeley.
Izvorni izvor: Berkeley News Release
