Планетные системы, вращающиеся вокруг других звезд, демонстрируют разнообразие не только в количестве и габаритах планет, но и в способах своего формирования и эволюции. Существуют два принципиально различных сценария их развития, причем наиболее массивные из них, по всей видимости, проходят через период интенсивных изменений на ранних этапах существования.

На текущий момент астрономы идентифицировали более тысячи планетных систем, где вокруг одной звезды обращаются несколько планет. Однако сопоставление этих систем представляет собой сложную задачу. Некоторые планеты легче обнаружить по транзитному методу, другие – по незначительным колебаниям звезды, вызванным их гравитационным воздействием. В результате наблюдаемая картина существенно зависит от возможностей используемых телескопов и применяемых методов поиска.

Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Nature AstronomyИсследователи предприняли попытку сопоставить эти системы на основе общих характеристик. Для анализа была сформирована основная выборка, включающая 298 систем, для которых определены массы планет и размеры их орбит. Дополнительные выборки были использованы для проверки полученных результатов.

В результате анализа четко выделились два типа систем, различающихся по общей массе планет относительно массы центральной звезды. Если рассматривать звезду с массой Солнца, то к первой группе относятся системы с суммарной массой планет приблизительно до 80 масс Земли, а ко второй – свыше 400 масс Земли. Системы, находящиеся в промежуточном диапазоне масс, не были отнесены ни к одной из групп, поскольку вероятность принадлежности к обеим группам была примерно одинаковой.

Отличия между этими типами планетных систем на этом не исчерпываются. Небольшие по массе системы чаще наблюдаются у звезд, масса которых сопоставима с солнечной или меньше: обычно они довольно плотные, а их планеты расположены относительно близко друг к другу.

Массивные звездные системы имеют иную структуру. Как правило, они формируются вокруг светил с массой, сопоставимой с солнечной или превышающей ее, причем такие звезды нередко характеризуются повышенным содержанием тяжелых элементов. Согласно проведенным вычислениям, протопланетные диски, послужившие основой для формирования этих систем, могли обладать запасом вещества примерно в три раза большим, что могло быть использовано для создания планет.

Наиболее существенное различие между этими двумя группами проявлялось в характеристиках орбит планет. В массивных системах они были значительно менее упорядоченными по сравнению с маломассивными и с орбитами нашей Солнечной системы. Это указывает на сложную историю формирования таких систем: планеты могли испытывать сближения, столкновения и даже выбрасываться из системы.

Результаты компьютерного моделирования подтвердили эту гипотезу. Наиболее точное соответствие наблюдаемым данным было достигнуто в моделях, где начальные условия были нестабильными или представляли собой неполные цепи орбитальных резонансов. Во многих подобных сценариях эволюции из системы удалялась как минимум одна планета.

Таким образом, характеристики планетарной системы определяются, среди прочего, количеством вещества, присутствовавшего в ее первоначальном протопланетном диске. При этом значительную роль играют масса и химический состав звезды-родителя, а также гравитационные взаимодействия между планетами.

Однако имеющаяся картина может быть не совсем полной: современные методы поиска позволяют более эффективно обнаруживать одни типы планетных систем, но менее эффективны для других. Поэтому вероятно существование промежуточных вариантов между этими двумя семействами, которые пока еще не удалось идентифицировать.

Тем не менее, полученные данные свидетельствуют о том, что Солнечная система представляет собой лишь один из возможных вариантов организации планетных систем, а не является универсальным шаблоном для всех остальных.