Credit de imagine: NWU
Orbitele specifice a trei planete looping în jurul unei stele îndepărtata poate fi explicată numai dacă o a patra planeta nevăzută aventurat prin și ei scos din orbite circulare, conform unui nou studiu realizat de cercetatorii de la Universitatea din California, Berkeley, si Universitatea Northwestern.
Concluzia se bazează pe extrapolări computerizate din 13 ani de observații ale mișcărilor planetei în jurul stelei Upsilon Andromedae. Aceasta sugerează că orbitele non-circulare și adesea extrem de eliptice ale multor planete extrasolare descoperite până în prezent pot fi rezultatul răspândirii planetelor una de cealaltă. Într-un astfel de scenariu, planeta perturbatoare ar putea fi scoasă din sistem în întregime sau ar putea fi lovită într-o orbită îndepărtată, lăsând planetele interioare cu orbite excentrice.
„Acesta este probabil unul dintre cele două sau trei sisteme extrasolare care au cele mai bune observații și cele mai strânse constrângeri, și spune o poveste unică”, a spus Eric Ford, un coleg postdoctoral Miller la UC Berkeley. „Explicația noastră este că orbita originală a planetei exterioare a fost circulară, dar a primit această lovitură bruscă care și-a schimbat definitiv orbita pentru a fi extrem de excentrică. Pentru a oferi această lovitură, am emis ipoteza că există o planetă suplimentară pe care nu o vedem acum. Credem că acum înțelegem cum funcționează acest sistem. ”
Dacă o astfel de planetă s-ar fi transferat prin sistemul nostru solar la începutul istoriei sale, au remarcat cercetătorii, planetele interioare ar putea să nu aibă acum orbite atât de frumoase circulare și, pe baza presupunerilor actuale despre originile vieții, climatul Pământului ar fi putut să fluctueze prea mult pentru ca viața să fi apărut.
"În timp ce planetele din sistemul nostru solar rămân stabile timp de miliarde de ani, nu a fost cazul pentru planetele care orbitează Upsilon Andromedae", a spus Ford. „În timp ce acele planete s-ar fi putut forma similar cu Jupiter și Saturn, orbitele lor actuale au fost sculptate de o fază târzie a interacțiunilor haotice și violente.”
Potrivit colegului Ford, Frederic A. Rasio, profesor asociat de fizică și astronomie la Northwestern, „Rezultatele noastre arată că un mecanism simplu, adesea numit„ împrăștiere planetă-planetă ”- un fel de efect slingshot din cauza atracției gravitaționale brute între doi planetele când se apropie foarte mult de altele - trebuie să fie responsabile pentru orbitele extrem de excentrice observate în sistemul Upsilon Andromedae. Credem că împrăștierea planetei-planete s-a produs frecvent în sistemele planetare extrasolare, nu doar acesta, rezultat din instabilități puternice. Deci, în timp ce sistemele planetare în jurul altor stele pot fi comune, tipurile de sisteme care ar putea susține viața, care, la fel ca sistemul nostru solar, probabil trebuie să rămână stabil scale de timp de peste foarte mult timp, nu poate fi atât de comune.“
Simulările computerizate sunt raportate în numărul 14 aprilie al jurnalului Nature de Ford, Rasio și Verene Lystad, o studentă universitară specializată în fizică la Northwestern. Ford a fost student la Rasio la Institutul de Tehnologie din Massachusetts înainte de a urma studiile universitare de la Universitatea Princeton și a ajuns în 2004 la UC Berkeley.
Sistemul planetar din jurul Upsilon Andromedae este unul dintre cele mai studiate dintre cele 160 de sisteme cu planete descoperite până acum în afara propriului nostru sistem solar. Planeta interioară, un „Jupiter fierbinte“, atât de aproape de steaua care orbita sa este doar câteva zile, a fost descoperit în 1996 de către UC Berkeley lui Geoff Marcy si echipa sa planeta de vânătoare. Cele două planete exterioare, cu orbite alungite care se tulbură puternic, au fost descoperite în 1999. Aceste trei planete uriașe, de tip Jupiter, din jurul Upsilon Andromedae, au cuprins primul sistem extrasolar multiplanet descoperit prin spectroscopie Doppler.
Datorită naturii neobișnuite a orbitelor planetare din jurul Upsilon Andromedae, Marcy și echipa sa au studiat-o intens, făcând aproape 500 de observații - de 10 ori mai mult decât în cazul celor mai multe alte planete extrasolare. Aceste observații, vobile în mișcarea stelei induse de planetele care orbitează, permit o diagramă foarte precisă a mișcărilor planetelor în jurul stelei.
„Observațiile sunt atât de precise pe care le putem viziona și prezice ce se va întâmpla pentru zeci de mii de ani în viitor“, a spus Ford.
Astăzi, în timp ce planeta cea mai interioară se apropie de stea, cele două planete exterioare orbitează pe orbitele în formă de ou. Simulările pe computer ale schimbărilor orbitale trecute și viitoare a arătat, totuși, că planetele exterioare sunt angajate într-un dans repetitiv care, o dată la fiecare 7000 de ani, aduce orbita planetei de mijloc într-un cerc.
„Această proprietate de a reveni pe o orbită foarte circulară este destul de remarcabilă și, în general, nu se întâmplă”, a spus Ford. „Explicația naturală este că odată se aflau pe orbite circulare, iar unul a primit o lovitură mare care a determinat-o să devină excentrică. Apoi, evoluția ulterioară a făcut ca cealaltă planetă să-și crească excentricitatea, dar, din cauza conservării energiei și a momentului unghiular, revine periodic pe o orbită foarte aproape circulară. "
Anterior, astronomii propuseseră două scenarii posibile pentru formarea sistemului planetar Upsilon Andromeda, dar datele observaționale nu erau încă suficiente pentru a distinge cele două modele. Un alt astronom, Renu Malhotra de la Universitatea din Arizona, a sugerat anterior că risipirea planetei-planete ar fi putut excita excentricitățile din Upsilon Andromedae. Dar o explicație alternativă a susținut că interacțiunile dintre planete și un disc de gaz care înconjoară stea ar fi putut produce, de asemenea, astfel de orbite excentrice. Combinând date suplimentare de observație cu noi modele de computer, Ford și colegii săi au putut să arate că interacțiunile cu un disc de gaz nu ar fi produs orbitele observate, dar că interacțiunile cu o altă planetă le-ar produce în mod natural.
„Caracteristica distinctivă esențială dintre aceste teorii a fost că interacțiunile cu un disc extern ar determina orbitele să se schimbe foarte lent, iar o interacțiune puternică cu o planetă care trece ar provoca schimbarea orbitelor foarte rapid în comparație cu scara de timp de 7.000 de ani pentru orbitele să evolueze, a spus Ford. „Deoarece cele două ipoteze fac predicții diferite pentru evoluția sistemului, putem constrânge istoria sistemului pe baza orbitelor planetare actuale.”
Ford a spus că, pe măsură ce planetele s-au format în interiorul unui disc de gaz și praf, dragul de pe planete și-ar fi păstrat orbitele circulare. Odată ce praful și gazul disipate, cu toate acestea, doar o interacțiune cu o planeta care trece ar fi putut crea orbitele particulare ale celor două planete exterioare observate astăzi. Poate, a menționat el, planeta perturbatoare a fost lovită în planetele interioare prin interacțiuni cu alte planete, departe de steaua centrală.
Cu toate că a început, interacțiunile haotice rezultate ar fi creat o orbită foarte excentrică pentru a treia planetă, care a perturbat treptat și orbita celei de-a doua planete. Deoarece planeta externă domină sistemul, de-a lungul timpului a perturbat orbita planetei de mijloc pentru a o deforma încet într-o orbită excentrică, ceea ce se vede astăzi, deși la fiecare 7.000 de ani sau cam așa ceva, planeta din mijloc revine treptat la o circulară orbită.
"Acest lucru face ca sistemul să fie atât de curios", a spus Rasio. „În mod obișnuit, cuplajul gravitațional între două orbite eliptice nu ar face niciodată o întoarcere la un cerc aproape perfect. Un cerc este foarte special. ”
„Inițial, principalul obiectiv al cercetării noastre a fost simularea sistemului planetar Upsilon Andromedae, în esență, pentru a determina dacă cele două planete exterioare se află în același plan, precum planetele din sistemul solar”, a spus Lystad, care a început să lucreze cu Rasio pe vremea când era sophomore și făcea multe dintre integrările pe computer ca parte a tezei sale superioare. „Am fost surprinși să aflăm că, pentru multe dintre simulările noastre, a fost dificil să spunem dacă planetele se aflau în același plan, din cauza faptului că orbita planetei centrale devenea periodic atât de circulară. Odată ce am observat acest comportament ciudat a fost prezent în toate simulările noastre, am recunoscut-o ca o crotalie a unui sistem care a suferit imprastiere planeta planeta. Ne-am dat seama că se întâmplă ceva mult mai interesant decât a găsit cineva înainte. ”
Înțelegerea a ceea ce s-a întâmplat în timpul formării și evoluției Upsilon Andromedae și a altor sisteme planetare extrasolare are implicații majore pentru propriul nostru sistem solar.
"Odată ce vă dați seama că majoritatea planetelor extrasolare cunoscute au orbite extrem de excentrice (precum planetele din Upsilon Andromedae), începeți să vă întrebați dacă ar putea exista ceva special în ceea ce privește sistemul nostru solar", a spus Ford. „S-ar putea răspândirea violentă a planetei-planete să fie atât de comună încât puține sisteme planetare să rămână calme și locuibile? Din fericire, astronomii - conduși de Geoff Marcy, profesor de astronomie la UC Berkeley - fac cu atenție observațiile care vor răspunde în cele din urmă la această întrebare interesantă. "
Cercetarea a fost susținută de Fundația Națională de Știință și de la Institutul Miller pentru Cercetări de Bază al UC Berkeley.
Sursa originală: Comunicat de presă Berkeley
