Планетарные системы могут терять свои компоненты не исключительно из-за внутренних столкновений между небесными телами, но и вследствие прохождения мимо них других звёзд на небольшом расстоянии. Согласно свежему исследованию, в густонаселённых областях нашей галактики такие события способны дестабилизировать удалённые части планетных систем, выбрасывая далёкие планеты в межзвёздное пространство и превращая их в блуждающие одиночные миры.

Исследователи провели анализ воздействия повторяющихся гравитационных возмущений, создаваемых пролетающими звездами, на структуру планетных систем в центральной части нашей Галактики, известной как галактический балдж. В этой области плотность звёзд существенно превышает показатели, наблюдаемые вблизи Солнечной системы, что значительно увеличивает вероятность их сближения.

В целях исследования ученые применили численный метод моделирования перемещения планетных образований в условиях множественных прохождений звезд. В рамках работы было рассмотрено влияние на системы, вращающиеся вокруг маломассивных звёзд, и определено, какие орбиты наиболее подвержены воздействию внешнего гравитационного поля.

Полученные результаты продемонстрировали повышенную уязвимость протяженных орбит. Планеты, расположенные на удалении около 250 астрономических единиц и более от своей звезды, могут быть полностью исключены из системы в течение примерно миллиарда лет. Для сопоставления следует отметить, что Нептун находится приблизительно в 30 астрономических единицах от Солнца, а область, простирающаяся на сотни астрономических единиц, считается удалённой окраиной планетных систем.

В случае, если планета не покидает систему, пролёт мимо другой звезды может привести к существенной модификации её орбиты. Миры, находящиеся на расстоянии более 10 астрономических единиц, могут приобрести вытянутую и наклоненную форму орбит, значительно отличающиеся от изначальных параметров.

Специалисты выяснили, что несмотря на обилие слабых взаимодействий, решающее воздействие обычно оказывает один наиболее значительный пролёт мимо другой звезды. Именно такая редкая, но мощная встреча может предопределить дальнейшую эволюцию внешних планет системы.

Полученные данные имеют особое значение для планируемых наблюдений космического телескопа НАСА имени Нэнси Грейс Романа. Его программы, предназначенные для поиска экзопланет методом микролинзирования, позволят выявлять большое число свободно плавающих планет — небесных тел, не связанных гравитационной силой с какой-либо звездой.

Проведённое исследование указывает на то, что некоторая доля одиноких планет формируется в результате динамических процессов, характерных для плотных звёздных окружений. В отличие от планет, выброшенных внутренними столкновениями внутри собственной системы, эти небесные тела получают свои уникальные орбиты благодаря гравитационному воздействию других звёзд.

Описанные процессы играют ключевую роль в понимании эволюции планетных систем на ранних этапах их существования, в первые миллиарды лет после формирования. Следует учитывать, что большинство звёзд формируются не поодиночке, а в скоплениях, где взаимное сближение звёзд происходит значительно чаще.

В перспективе данные, полученные с телескопа Roman и других обсерваторий, позволят верифицировать сделанные расчёты, сопоставив число обнаруженных свободно плавающих планет с результатами моделирования. Это даст возможность более точно оценить частоту, с которой планеты становятся межгалактическими скитальцами после своего формирования в обычных планетных системах.

Исследование опубликовано на arXiv.