Близкие пролёты звёзд могут выбрасывать планеты из их систем и создавать миры-сироты

Планеты могут покидать свои родные системы не только из-за внутренних столкновений между планетами, но и из-за близких пролётов других звёзд. Новое исследование показало, что в плотных областях Млечного Пути такие встречи способны разрушать внешние части планетных систем, выбрасывая далёкие миры в межзвёздное пространство и превращая их в свободно плавающие планеты.

Учёные изучили, как повторяющиеся гравитационные воздействия пролетающих звёзд влияют на планетные системы в центральной области Галактики — галактическом балдже. Именно там звёзды расположены значительно плотнее, чем в окрестностях Солнца, поэтому вероятность близких встреч между ними намного выше.

Для анализа исследователи использовали численное моделирование движения планетных систем в условиях многочисленных звёздных пролётов. Они изучили системы вокруг маломассивных звёзд и проверили, какие орбиты наиболее уязвимы перед внешним гравитационным воздействием.

Расчёты показали, что особенно опасны широкие орбиты. Планеты, находящиеся на расстояниях примерно 250 астрономических единиц и дальше от своей звезды, могут быть полностью выброшены из системы за время порядка миллиарда лет. Для сравнения, Нептун находится примерно в 30 астрономических единицах от Солнца, а область в сотни астрономических единиц уже относится к далёким окраинам планетных систем.

Даже если планета не покидает систему, близкий пролёт другой звезды способен сильно изменить её орбиту. Миры, расположенные дальше примерно 10 астрономических единиц, могут получить вытянутые и наклонённые орбиты, которые существенно отличаются от первоначальных.

Учёные обнаружили, что несмотря на большое количество слабых взаимодействий, основное влияние обычно оказывает одна наиболее мощная встреча с другой звездой. Именно такой редкий, но сильный пролёт может определить дальнейшую судьбу внешних планет системы.

Особенно важны эти результаты для будущих наблюдений космического телескопа NASA Nancy Grace Roman. Его программы по поиску экзопланет методом микролинзирования смогут обнаруживать большое количество свободно плавающих планет — миров, которые больше не обращаются вокруг своих звёзд.

Исследование показывает, что часть таких одиноких планет может появляться именно из-за динамических процессов в плотных звёздных средах. В отличие от планет, выброшенных внутренними столкновениями внутри системы, эти миры получают свои необычные орбиты благодаря взаимодействию с другими звёздами.

Подобные процессы особенно важны для понимания эволюции планетных систем в первые миллиарды лет после их формирования. Большинство звёзд рождается не в одиночку, а в скоплениях, где тесные сближения между звёздами происходят значительно чаще.

В дальнейшем данные телескопа Roman и других обсерваторий помогут проверить расчёты, сравнив количество обнаруженных свободно плавающих планет с предсказаниями моделей. Это позволит лучше понять, насколько часто планеты становятся странниками Галактики после рождения в обычных планетных системах.

Исследование опубликовано на arXiv.