Учёные на суперкомпьютере смоделировали процесс формирования планет и выяснили, почему мало известно экзопланет размером около 1,8 радиуса Земли и почему в некоторых системах много планет схожего размера на орбитах, находящихся в резонансе. По их мнению, это обусловлено ранним формированием систем и миграцией планет.
Исследователи экзопланет сталкиваются с двумя загадками. Одна из них заключается в том, что у планет, чьи размеры превышают земные, но остаются меньше нептуновых (суперземель и мини-нептунов), радиус чаще всего составляет 1,4 или 2,4 радиуса Земли. При этом планеты с радиусом 1,8 от радиуса Земли встречаются крайне редко.
Вторая загадка связана с наличием околозвездных систем, состоящих из нескольких планет близкого размера, находящихся в гравитационном резонансе. Такими системами обладают звезды TRAPPIST-1 и Kepler-223.
Ученые из Университета Райса (США) провели моделирование эволюции планетных систем и объяснили эту особенность. Также исследователи показали, что модель формирования планет, включающая многочисленные столкновения, может привести к появлению нескольких планет похожего размера. Результаты исследования. опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Исследователи при помощи суперкомпьютера смоделировали первые 50 миллионов лет эволюции звёздных систем. Модель миграции планет показывает, что протопланетный диск из газа и пыли, формирующий молодые планеты, взаимодействует с ними и привлекает ближе к родительским звездам.
При этом может появиться орбитальный резонанс: орбитальные периоды нескольких планет совпадают как натуральные числа. В результате планеты периодически приближаются, находясь в определенных точках своих траекторий. Через несколько миллионов лет протопланетный диск исчезает, и возникает орбитальная нестабильность, из-за которой планеты начинают сталкиваться. Эти столкновения лишают их богатых водородом атмосферы.
Моделирование выявило: небольшое количество планет с радиусом на 1,8 раза больше земного — результат миграций и столкновений после распада протопланетного диска. Системы, сохранившие первоначальную структуру и орбитальный резонанс, наблюдаются сейчас. Например, вокруг звезды TRAPPIST-1 вращаются семь планет в резонансе.
Столкновения молодых планет, подобные образованию Луны, вероятно, общее явление при формировании планет. Ученые в своей статье также сделали ряд прогнозов, которые можно проверить с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Например, они предположили, что части планет размером примерно в два раза больше Земли сохранили свою изначальную богатую водородом атмосферу и, возможно, воду.