В процессе астрономических наблюдений наблюдались изменения в конфигурации многопланетной системы TOI-201. Гравитационное воздействие близлежащего коричневого карлика привело к искажению траекторий движения соседней каменистой суперземли и газового гиганта. В связи с этим постоянным смещением орбит, через 200 лет все три небесных тела временно прекратят свое прохождение перед звездой.
Известные крупные экзопланеты, как правило, имеют иную орбиту, чем газовые гиганты, которые вращаются вокруг Солнечной системы. Эти планеты обычно располагаются ближе к своим звездам и движутся по сильно вытянутым эллипсам.
Астрономов издревле привлекают «теплые Юпитеры». Эти газовые гиганты располагаются на средних расстояниях между горячими компаньонами, вращающимися по близким орбитам, и удаленными ледяными планетами, подобными Нептуну. На протяжении десятилетий исследователи пытаются определить точный физический процесс, приводящий к смещению газовых объектов к центру планетных систем.
Орбиты планет, как правило, остаются стабильными на протяжении миллионов лет. Движение этих небесных тел по своим траекториям зафиксировано телескопами и не подвержено изменениям. В новой научной работе описана система, в которой взаимное гравитационное воздействие приводит к тому, что геометрия орбит меняется в течение жизни одного поколения людей. Статью об этом опубликовали в журнале Science Advances.
Объект исследования – молодая звезда, превосходящая Солнце по размерам и температуре. Специалисты провели сбор данных в течение четырех лет, используя сразу четыре телескопических подхода: они определили гравитационные возмущения звезды, проанализировали ее кратковременное затемнение из-за прохождения планет и зафиксировали изменения в орбитальных периодах.
Вокруг звезды вращались три основных объекта. Ближайшая к звезде располагалась суперземля, характерная для данной системы. Ее радиус был почти в полтора раза больше радиуса Земли. Один оборот она совершала за шесть дней, при этом ее орбита находилась слишком близко к звезде для поддержания жидкой воды. По оценкам ученых, масса этой планеты составляла около шести масс Земли. Далее следовал теплый газовый гигант, масса которого равнялась 164 земные массы, а период обращения составлял 53 дня.
Наибольшая масса среди обнаруженных объектов принадлежала внешнему коричневому карлику, превышающему массу Юпитера в пятнадцать раз. Этот показатель определяет границу между планетами и тусклыми звёздными объектами, не обладающими ядерными реакциями. Карлик двигался по протяжённой вытянутой орбите, совершая полный оборот за 2890 дней. В момент максимального сближения он подходил к звезде на расстояние, сопоставимое с марсианским, после чего удалялся за пределы орбиты Юпитера.
Вытянутая орбита удаленного карликового тела была объяснена с помощью компьютерного моделирования. В расчетную модель ученые включили предположение о существовании массивной звезды, расположенной за пределами системы. Гравитационное воздействие невидимого объекта повлияло на траектории всех окружающих тел, согласно математическим расчетам. Специалисты отметили, что данную вторую звезду предстоит обнаружить при помощи оптических телескопов.
Модель также зафиксировала значительное отклонение орбитальных траекторий. Траектории трех тел не находились в единой плоскости, а различались по углам от 13° до 41°. Подобное существенное отклонение привело к тому, что гравитация массивного внешнего карлика начала притягивать внутренние планеты. Их орбиты стали постепенно изменять свое положение в пространстве, напоминая вращающийся волчок.
Астрономы обнаруживали эти планеты, наблюдая за транзитами – моментами, когда они проходили перед звездой и частично затемняли ее свет. Однако из-за колебаний в траекториях объектов они начали смещаться относительно линии видимости с Земли. Через 200 лет путь суперземли изменится настолько, что она будет проходить строго выше или ниже звездного диска, и телескопы перестанут регистрировать ее затмения. Впоследствии по аналогичной причине исчезнут из поля зрения газовый гигант и карликовая звезда. Раскачивание орбит происходит по циклической траектории, поэтому транзиты всех трех объектов вновь станут заметными для ученых только через 10 000 лет.
Система TOI-201 предоставила новые сведения о формировании планетных систем. Ранее существовавшие модели предполагали, что планеты должны вращаться в одной плоскости, подобно первоначальному газопылевому диску. Однако, полученные данные свидетельствуют о нарушении этого порядка в результате длительных гравитационных изменений. Следующий пролет коричневого карлика запланирован на 26 марта 2031 года, и это даст обсерваториям возможность получить актуальные данные в режиме реального времени.