Открытие экзопланет и планетных систем за пределами Солнечной системы показало ученым, что наша система совершенно уникальна. Порядок расположения малых каменистых планет и больших газообразных планет не соответствует наблюдаемым в большинстве других систем телескопами, поэтому очевидно, что сложившаяся у нас система — результат ряда до сих пор неизвестных балансов.
Исследования, проведённые Национальным центром компетенции в области исследований PlanetS вместе с университетами Берна и Женевы, выявили четыре основных типа планетных систем. Наша Солнечная система относится к наименее распространённому типу.
В течение длительного времени оставалось неизвестным, обусловлено ли это наблюдение ограничениями применяемого метода. Невозможно было установить, схожи ли планеты в каждой отдельной системе достаточно, чтобы соответствовать определенному макроклассу, или же их разнообразие слишком велико, подобно нашей Солнечной системе, где представлены объекты с различными характеристиками.
Разработанная команда настоящая система отсчета позволяет охарактеризовать и оценить архитектуру планетной системы целиком. С ее помощью можно определить различия и сходства между планетами, принадлежащими одной системе. Главная цель — создание систематического метода изучения расположения планет в одной системе.
Четыре архитектуры планетных систем
- «ПохожаяЕсли в планетарной системе есть соседние планеты, масса которых идентична.
- «СмешаннаяЕсли массы различных тел существенно различаются.
- «АнтиупорядоченнаяЕсли масса планет снижается по мере удаления от звезды.
- «УпорядоченнаяЕсли при противостоянии масса стремится расти с удалением от центральной звезды, подобно нашему Солнце.
Исследователи могут ответить на некоторые из этих вопросов. Предполагается, что в большинстве антиупорядоченных систем много влажных планет, а в большинстве упорядоченных систем — сухих. Наблюдения обычно сосредоточены на обнаружении систем с плотностью архитектуры, подобной, смешанной или антиупорядоченной, что согласуется с этой теорией. В связи с этим гораздо труднее обнаружить упорядоченные планетарные системы, подобные нашей.
Чтобы разобраться, как природа и физические законы формируют разные архитектуры планетных систем, исследователи применили свою систему к смоделированным планетам. Почти все моделированные системы из протопланетных дисков с начальной массой твердых тел меньше массы Юпитера в 1 раз оказались похожи друг на друга. Системы из более массивных дисков могут стать смешанными, антиупорядоченными или упорядоченными.
Увеличение взаимодействий между планетами или с протопланетным диском изменяет архитектуру системы от смешанной к антиупорядоченной, а впоследствии — к упорядоченной. Существует корреляция между металличностью и конечной архитектурой системы: системы с низкой металличностью чаще встречаются вокруг звезд с небольшой долей тяжелых элементов. Антиупорядоченные и упорядоченные классы архитектур встречаются чаще при увеличении металличности центральной звезды. Присутствие смешанных архитектур сначала увеличивается, а затем уменьшается с ростом металличности звезды.
В конечном итоге, начальные условия системы кажутся предопределенными, если её архитектура остается неизменной. Только затем эволюция определяет, станет ли система смешанной, антиупорядоченной или упорядоченной. Исходя из этого, полученные результаты указывают на следующее:
- Структура и состав планет тесно связаны с устройством их систем.
- Масса планет в большинстве систем распределяется согласно количеству массы, присутствующей в центре при образовании протопланетного диска.
- Многие планеты, расположенные за линией заморозки (область, за которой водородсодержащие соединения могут быть в твердом состоянии), образовались на месте и присутствуют в системах с такой же структурой.
Мост длиной в миллиарды лет
Это исследование выделяется способностью связать начальные условия формирования звезд и планет с измеримым свойством — архитектурой системы. Между началом формирования системы из диска газа и пыли вокруг звезды и сегодняшним видом разных планетных систем, наблюдаемых нами, прошла миллиарды лет эволюции.
Теперь преодолеть этот огромный временной разрыв и делать проверкаемые прогнозы стало возможным. Исследование открывает дверь к новым, пока еще не отвеченным вопросам, а также позволяет находить новые математические решения для понимания архитектурной геометрии и связывать теорию с наблюдениями.
Будущие исследования смогут применить полученную учеными базовую структуру для классификации и изучения не только отдельных планет, но и общей архитектуры целых планетных систем. Может быть, удастся обнаружить другие планеты, сходные с нашей.
Научные исследования, представленные в журнале Astronomy & Astrophysics, доступны для ознакомления. и .