Планетные системы набиты до краёв

Планетарные системы в нашей Галактике укомплектованы под завязку, утверждает исследование астрономов Джулии Фанг (Julia Fang) и Жан-Люка Марго (Jean-Luc Margot) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США). И стоит слегка поменять орбиту одной из них, как вся система потеряет стабильность.

Точка зрения не самая неожиданная, верно? Примерно четверть века назад астрономы, тщательно изучив орбиты планет Солнечной системы, пришли к выводу, что все они «ходят» по очень тонкой проволоке, на самой границе между стабильностью и хаосом. Добавь в Солнечную ещё планету — и вся великолепная восьмёрка начнёт менять свои орбиты столь неистово, что часть непременно столкнётся и (или) вылетит за пределы системы навсегда. Собственно говоря, это и есть «система, набитая планетами до краёв»: не нарушив стабильности, сюда ничего не добавишь.

Ещё одна планета — и во множестве систем воцарится хаос, который закончится только после серии столкновений и активной «борьбы» за место под солнцем. (Илл. NASA / JPL.)

Считается, что всё это — следствие крупномасштабного пинбола, случившегося сразу после формирования Солнечной системы 4,5 млрд лет тому назад. Вначале планет, видимо, было больше, чем сейчас, но после ряда столкновений (Земля — Тейя) и, возможно, даже «побега» планет-гигантов остались только восемь тел — те, которым повезло. И всё бы хорошо, но формально Солнечная выглядит относительно непохожей на большинство известных экзопланетных систем (отсюда и некоторые аспекты теории универсальной Земли). Поэтому не было ясно, является ли такое положение дел нормальным или, напротив, нездоровым — и наши планеты просто случайно «испорчены квартирным вопросом».

Джулия Фанг и Жан-Люк Марго прекрасно понимают, что экзопланетные системы известны только по самым близким к их звёздам планетам. Пользоваться таким материалом опасно: можно увидеть то, что увидеть легче всего, то есть прийти к заведомо ошибочным выводам. Достоверны лишь расстояния между рядом из них, исследованных с помощью «Кеплера». Поэтому учёные провели компьютерное моделирование максимально широкого спектра возможных вариантов складывания планетных систем. Были проверены миллионы вероятных сценариев их развития, после чего расстояния между планетами задавались по «кеплеровским» наблюдательным данным — и выводы всё время получались одними и теми же. Во-первых, расстояния от планет до звезды всегда были очень похожи по соотношению между собой на расстояния между восемью планетами Солнечной системы.

Во-вторых, почти каждый раз, когда в моделируемую систему (любой населённости) «закидывали» дополнительную планету, начинались хаос и давка. Планеты сталкивались, кто-то и вовсе покидал систему, отправляясь в одиночное путешествие с межзвёздным уклоном. Даже среди систем всего с тремя планетами доля набитых до предела устойчивости орбит составляла треть от общего числа. У систем с четырьмя планетами «набитые почти до отказа» приближались к 45%, а с ростом числа планет в системе доля полностью заполненных росла ещё сильнее.

«Наша работа иллюстрирует нечто фундаментальное в отношении формирования и эволюции планетных систем», — полагает г-н Марго.

И действительно, если эти выводы верны, то такие, казалось бы, экзотические сценарии, как планетарное столкновение (случай Земли — Тейи, повлекший образование Луны), равно как и нетривиальная на первый взгляд модель Ниццы, начинают выглядеть нормой жизни для планетных систем: столкновения и выбрасывания планет, по всей видимости, закономерны и часты почти в любой системе, а не только в Солнечной. Впрочем, по мере роста чувствительности земных телескопов картина ещё может измениться: сейчас мы лучше всего видим лишь близкие к другим звёздам экзопланеты. Открытие же планет на более удалённых орбитах может скорректировать такое видение ситуации.

С препринтом исследования можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам ScienceNews.