Изучение истории возникновения и перемещения планетных систем представляет собой сложную задачу, поскольку большинство из них со временем, по различным причинам, теряют устойчивость и отклоняются от предсказуемых траекторий. В некоторых случаях планеты даже могут сталкиваться. Именно поэтому системы, сохранившие стабильность, представляют особую ценность. К таким системам относится Trappist-1. Специалисты смогли найти объяснение необычной согласованности вращения ее семи планет.
Система Траппист-1 находится на расстоянии 40 световых лет от Земли. В ее центре — небольшой и холодный красный карлик, чья масса составляет приблизительно десятая часть массы Солнца. Вокруг него вращаются семь планет: четыре из них по массе схожи с Землей, а остальные имеют размеры вдвое меньше. Несмотря на свои размеры, маловероятно, что они пригодны для жизни. Система настолько компактная, что с запасом поместилась бы внутри орбиты Меркурия. Ее главная особенность — резонансное движение планет.
Орбитальный резонанс возникает, когда периоды обращения планет находятся в соотношении, выражаемом натуральными числами. В системе Trappist-1 планеты связаны резонансом парами, а именно: 8:5, 5:3, 3:2, 3:2, 4:3 и 3:2. Таким образом, за каждые восемь оборотов первой планеты Trappist-1b, вторая планета системы Тrappist-1c совершает пять оборотов вокруг звезды, пока первая планета делает один оборот за 1,5 земных дней. Стоит отметить, что все они вращаются достаточно быстро. Самая удаленная от звезды, Тrappist-1h, обращается вокруг нее за 18,7 земных дней.
Обнаруженная ритмичность свидетельствует о том, что система сохранила отпечаток несложной миграции планет в диске, обусловленной гравитационным взаимодействием между формирующимися планетами и газом в протопланетном диске. Сложность заключается в том, что подобная миграция в системе, подобной Trappist-1, должна была привести к более простым резонансам между планетами, расположенными ближе всего к звезде. Компьютерное моделирование показало, что вместо резонансов 8:5 и 5:3, характерных для Trappist-1b, c и d, ожидался ритм 3:2.
Исследователи пытались найти объяснение изменению резонанса между планетами системы Trappist-1, ссылаясь на уникальные условия, возникшие в протопланетном диске предположили, согласно проведенному анализу, влияние диска Trappist-1 на свои планеты оказалось в 50 раз сильнее, чем предполагалось для систем подобного типа.
В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Nature Astronomy, по мнению астрономов, существует альтернативная версия развития событий. Она основана на концепции рассеивания и изменения расположения границы протопланетного диска. Согласно этой гипотезе, планеты способны изменять свои циклы вращения.
Согласно расчетам, представленным в новой работе, внутренние планеты системы Trappist-1, а именно Trappist-1b, c, d и е, образовали резонансы 3:2 в момент рассеивания диска вокруг звезды. В результате этого ближайшие к звезде планеты начали смещаться в образовавшееся пространство. Одновременно с этим планета Trappist-1е, находящаяся на самом большом расстоянии от звезды среди них, оказалась «притянутой» к внутренней границе протопланетного диска.
Диск продолжал разрушаться. Планета Trappist-1e «следовала» за ним, удаляясь от внутренних планет и теряя с ними «ритмичную» связь. Внутренние планеты, в свою очередь, приближались к звезде, выходя на известные резонансы 8:5 и 5:3.
В определенный момент, двигаясь вслед за диском, планета Trappist-1e «столкнулась» с мигрирующей парой внешних планет Trappist-1f и g. Они сдвинули ее с границы диска, и Trappist-1e начала обратное движение к звезде, где вновь встретилась с Trappist-1d. В ходе сближения Trappist-1e, вероятно, прошла с Trappist-1d через резонансы 9:5, 5:3, 8:5, пока не синхронизировалась с ней в ритме 3:2. Позднее извне мигрировала планета h, образовав резонанс с планетой g. Таким образом, сформировалась современная система Trappist-1.
«Исследование системы Trappist-1 позволило нам проверить ряд новых гипотез, касающихся эволюции планетных систем. Сложность системы, выраженная в большом количестве планет, делает её весьма интересной. Она представляет собой прекрасный объект для проверки альтернативных теорий о формировании планетных систем», — объяснила Габриэль Пикьерри (Gabriele Pichierri), в новой работе участвовал исследователь из Калифорнийского технологического института (США). Он является одним из авторов исследования. Специалист работает в группе профессора Константина Батыгина, который также является одним из разработчиков гипотезы о существовании девятой планеты В области исследований Солнечной системы он является соавтором свежего издания.