Существует четыре основных типа планетных систем. Наша Солнечная система принадлежит к редчайшим
С тех пор как начали открывать экзопланеты и целые планетные системы, помимо нашей собственной, ученые поняли, что Солнечная система совершенно уникальна. Точный порядок расположения малых каменистых планет и больших газообразных планет не соблюдался в большинстве систем, наблюдаемых нашими телескопами, поэтому было очевидно, что только благодаря ряду до сих пор неизвестных балансов наша система сложилась так, как мы знаем ее сегодня.
Недавние исследования, проведенные Национальным центром компетенции в области исследований PlanetS совместно с университетами Берна и Женевы, показали, что на самом деле существует четыре основных класса планетных систем. И наша Солнечная система принадлежит к самому редкому из них.
Долгое время было неясно, связан ли этот результат с конкретными ограничениями в используемом методе наблюдения. Например, исследователи не могли определить, были ли планеты в каждой отдельной системе достаточно похожи, чтобы вписаться в определенный макрокласс, или же их разнообразие было слишком велико. Как, в конце концов, в нашей Солнечной системе, которая содержит тела с очень разными характеристиками.
Команде удалось разработать настоящую систему отсчета, которая позволяет охарактеризовать и оценить архитектуру планетной системы во всей ее полноте. Таким образом, можно также определить различия и сходства между планетами, принадлежащими к одной и той же системе. Основной целью является создание систематического метода для изучения расположения различных планет в одной системе.
Четыре архитектуры планетных систем
- "Похожая", если планетарная система содержит соседние планеты с одинаковой массой.
- "Смешанная", если массы сильно различаются у разных тел.
- "Антиупорядоченная", если масса планет уменьшается с расстоянием от звезды.
- "Упорядоченная", если при противодействии масса имеет тенденцию увеличиваться с расстоянием от звезды-хозяина, как в нашей Солнечной системе.
На некоторые из этих вопросов исследователи могут ответить. Например, предполагается, что в большинстве антиупорядоченных систем много влажных планет, в то время как в большинстве упорядоченных систем ожидается много сухих планет. В хорошем согласии с этой теорией наблюдения обычно ориентированы на обнаружение систем, архитектура плотности которых подобна, смешана или антиупорядочена. То есть, гораздо труднее обнаружить упорядоченные планетарные системы, подобные нашей.
Чтобы понять роль природы и физических законов в формировании планетной системы с одной конкретной архитектурой по сравнению с другой, исследователи применили свою систему к смоделированным планетным системам. Они обнаружили, что почти все планетные системы, возникающие из протопланетных дисков, начальная масса твердых тел которых меньше массы Юпитера в 1 раз, похожи друг на друга. Системы, возникающие из более тяжелых дисков, могут стать смешанными, антиупорядоченными или упорядоченными.
Усиление взаимодействий (между планетами или с протопланетным диском) приводит к тому, что архитектура системы меняется от смешанной к антиупорядоченной, а затем к упорядоченной. Более того, существует своего рода корреляция между металличностью и конечной архитектурой системы: такие системы очень часто встречаются вокруг звезд с низкой металличностью. С другой стороны, присутствие антиупорядоченных и упорядоченных классов возрастает по мере увеличения металличности центральной звезды. Присутствие смешанных архитектур сначала увеличивается, а затем уменьшается с ростом металличности.
Наконец, похоже, что начальные условия системы предопределены, если архитектура системы становится одинаковой. Только позже эволюция влияет на то, становится ли система смешанной, антиупорядоченной или упорядоченной. В связи с этим, полученные результаты свидетельствуют о следующем:
- Внутренняя структура и состав планет показывает сильную связь с архитектурой их систем.
- В большинстве систем распределение массы планет зависит от количества массы в центре при формировании протопланетного диска.
- Многие планеты, лежащие в пределах линии заморозки (область, за которой водородсодержащие соединения могут находиться в твердом состоянии), сформировались in situ и встречаются в системах с подобной архитектурой.
Мост длиной в миллиарды лет
Замечательный аспект результатов этого исследования заключается в том, что ему удалось связать начальные условия формирования планет и звезд с измеримым свойством: архитектурой системы. Миллиарды лет эволюции лежат между тем, что происходит в начале, когда система формируется из диска газа и пыли вокруг звезды, и тем, что мы видим сегодня, когда мы наблюдаем очень разные сформированные планетные системы.
Впервые стало возможным преодолеть этот огромный временной разрыв и сделать поддающиеся проверке прогнозы. Хотя исследование открывает дверь к новым, пока еще не отвеченным вопросам, а также позволяет найти новые математические решения для понимания архитектурной геометрии и связать теорию и наблюдения, сделан большой шаг вперед.
Теперь будущие исследования могут использовать выявленную учеными базовую структуру не только для классификации и изучения отдельных планет, но и общей архитектуры целых планетных систем. И, кто знает, возможно, найти другие планеты, похожие на нашу собственную.
С исследованиями, опубликованными в научном журнале Astronomy & Astrophysics, можно ознакомиться и .