Kép jóváírása: NWU
A távoli csillag körül körbehúzó három bolygó sajátos keringései csak akkor magyarázhatók, ha egy láthatatlan negyedik bolygó átcsapódott és kiütötte őket körkörös pályájukról - állítja a Kaliforniai Egyetem, a Berkeley és az Északnyugati Egyetem kutatói egy új tanulmány.
A következtetés az Upsilon Andromedae csillag körül a bolygó mozgásának 13 éves megfigyeléséből származó számítógépes extrapolációkon alapul. Arra utal, hogy sok eddig felfedezett extrasoláris bolygó nem kör alakú és gyakran nagyon elliptikus keringési eredményei lehetnek az egymástól elszórt bolygók következményei. Ilyen esetben a zavaró bolygót teljes egészében ki lehet vetni a rendszerből, vagy egy távoli pályára lehet rúgni, miközben a belső bolygók excentrikus keringési pályákkal maradnak.
"Ez valószínűleg egyike annak a kettőnek vagy három extraszoláris rendszernek, amelyekben a legjobb megfigyelés és a legszorosabb megszorítások vannak, és egyedülálló történetet mesélt el" - mondta Eric Ford, a Miller posztdoktori doktora az UC Berkeley-ben. „Magyarázatunk az, hogy a külső bolygó eredeti pályája kör alakú volt, de megkapta ezt a hirtelen rúgást, amely véglegesen megváltoztatta pályáját erősen excentrikusvá. Ennek a rúgásnak a feltételezéséhez feltételeztük, hogy volt egy további bolygó, amelyet most nem látunk. Hisszük, hogy megértettük, hogyan működik ez a rendszer. ”
Ha egy ilyen bolygó a történelem korai szakaszában elvégezte volna a naprendszerünket, akkor a kutatók megjegyzik, hogy a belső bolygóknak nincsenek ilyen szépen kör alakú pályái, és az élet eredetére vonatkozó jelenlegi feltételezések alapján a Föld éghajlata túlságosan ingadozott. az élet létrejöttéhez.
"Miközben a naprendszerünkben lévő bolygók milliárd évig stabilak maradnak, addig nem ez volt a helyzet az Upsilon Andromedae körüli körüli bolygókkal" - mondta Ford. "Noha ezek a bolygók a Jupiterhez és a Szaturnuszhoz hasonlóan alakulhattak ki, jelenlegi pályájukat a kaotikus és erőszakos interakciók késői szakaszában alakították ki."
Ford kollégája, Frederic A. Rasio, az északnyugati fizika és csillagászat docense szerint: „Eredményeink azt mutatják, hogy egy egyszerű mechanizmus, amelyet gyakran„ bolygó-bolygó szóródásnak ”hívnak - egyfajta csúzli hatás a kettő közötti hirtelen gravitációs vonzódás miatt bolygók, amikor nagyon közel állnak egymáshoz - felelniük kell az Upsilon Andromedae rendszerben megfigyelt erősen excentrikus pályákért. Hisszük, hogy a bolygó-bolygó szétszóródása gyakran nem csak ebben a rendkívüli bolygórendszerben fordult elő, hanem az erős instabilitások következtében. Tehát, bár a többi csillag körüli bolygórendszerek gyakran előfordulhatnak, az olyan élettér támogató rendszerek, amelyeknek, mint a Naprendszerünknek, feltehetően stabilnak kell maradniuk nagyon hosszú időtartamon keresztül, lehet, hogy nem olyan gyakoriak. ”
A számítógépes szimulációkról a Nature, a Ford, Rasio és Verene Lystad, a természettudományi egyetemi hallgató, az északnyugati részleg április 14-i számában számol be. Ford Rasio hallgatója volt a Massachusetts Technológiai Intézetben, majd a Princetoni Egyetemen végzett végzettséggel és 2004-ben megérkezett az UC Berkeley-be.
Az Upsilon Andromedae körüli bolygórendszer egyike a leginkább tanulmányozott 160-ból néhány olyan rendszernek, amelyek bolygóit eddig felfedezték a saját Naprendszerünkön kívül. A belső bolygót, a „forró Jupitort”, amely olyan közel áll a csillaghoz, hogy pályája csak néhány nap van, 1996-ban fedezte fel az UC Berkeley Geoff Marcy és bolygóvadász csapata. A két külső bolygót, amelyek hosszúkás pályái egymást erősen zavarják, 1999-ben fedezték fel. Ez a három hatalmas, Jupiter-szerű bolygó az Upsilon Andromedae környékén képezte az első extrasoláris több bolygórendszert, amelyet a Doppler-spektroszkópia segítségével fedeztek fel.
A Upsilon Andromedae körüli bolygópályák szokatlan jellege miatt Marcy és csapata intenzíven tanulmányozta, majdnem 500 megfigyelést tett - ez tízszeresére növekedett, mint a legtöbb többi ekstrasoláris bolygó esetében. Ezek a megfigyelések, a csillag mozgásának hullámai, amelyeket a keringő bolygók indukáltak, lehetővé teszik a bolygók csillag körüli mozgásának nagyon pontos ábrázolását.
"A megfigyelések annyira pontosak, hogy megfigyelhetjük és megjósolhatjuk, mi fog történni a jövőben több tízezer év alatt" - mondta Ford.
Ma, míg a legbelső bolygó a csillaghoz közel mozog, a két külső bolygó tojás alakú pályáin kering. A korábbi és jövőbeli orbitális változások számítógépes szimulációi azonban azt mutatták, hogy a külső bolygók ismétlődő táncban vesznek részt, amely 7000 évente egyszer körbe hozza a középső bolygó pályáját.
"Ez a tulajdonság, hogy visszatérünk egy nagyon körkörös pályára, nagyon figyelemre méltó, és általában nem történik meg" - mondta Ford. „A természetes magyarázat az, hogy egyszer mindkettő kör alakú pályán volt, és az egyik nagy rúgást kapott, amely miatt excentrikus lett. Ezután a későbbi evolúció a másik bolygó excentrikusságának növekedését eredményezte, de az energiamegőrzés és a szögmozgás miatt időszakonként visszatér egy nagyon közel kör alakú pályára. ”
Korábban a csillagászok két lehetséges forgatókönyvet javasoltak az Upsilon Andromedae bolygórendszerének kialakulására, ám a megfigyelési adatok még nem voltak elegendők a két modell megkülönböztetésére. Egy másik csillagász, Renu Malhotra az arizonai egyetemen korábban azt sugallta, hogy a bolygó-bolygó szétszóródása felkelthette az Upsilon Andromedae excentrikus területeit. De egy alternatív magyarázat azt állította, hogy a bolygók és a csillagot körülvevő gázkorong kölcsönhatásai szintén ilyen excentrikus pályákat hozhatnak létre. A további megfigyelési adatok új számítógépes modellekkel történő kombinálásával a Ford és munkatársai meg tudták mutatni, hogy a gázkoronggal való kölcsönhatás nem hozta meg a megfigyelt pályákat, de egy másik bolygóval való interakció természetesen megteremtené őket.
„Az ezen elméletek között a legfontosabb megkülönböztető tulajdonság az volt, hogy a külső lemezzel való kölcsönhatás miatt a pályák nagyon lassan változnak, és ha egy erős kölcsönhatás egy áthaladó bolygóval, a pályák nagyon gyorsan megváltozik, a 7000 éves idő skálához képest. Keringő pályák fejlődnek ”- mondta Ford. "Mivel a két hipotézis eltérő előrejelzést ad a rendszer fejlődéséről, korlátozhatjuk a rendszer történetét a jelenlegi bolygókörüli pályák alapján."
Ford azt mondta, hogy ahogy a bolygók egy gáz- és porlemezben képződtek, a bolygók húzása körkörös úton tartotta a pályájukat. A por és a gáz eloszlása után azonban csak egy áthaladó bolygóval való interakció hozhatta létre a két megfigyelt külső bolygó sajátos pályáit. Valószínűleg, megjegyezte, a zavaró bolygót a belső csillagtól távol lévő más bolygókkal való kölcsönhatások révén becsaptak a belső bolygókba.
Bármennyire is kezdődött, az ebből eredő kaotikus interakciók nagyon ekscentrikus pályát hoztak létre a harmadik bolygó számára, amely szintén fokozatosan zavart a második bolygó pályáján. Mivel a külső bolygó uralja a rendszert, az idő múlásával annyira megzavarták a középső bolygó pályáját, hogy lassan excentrikus pályára is deformálódjanak, amire ma is utalunk, bár kb. 7000 évente a középső bolygó fokozatosan visszatér egy körbe pálya.
"Ez teszi a rendszert annyira sajátossá" - mondta Rasio. „Általában a két elliptikus pálya közötti gravitációs csatolás soha nem hozza vissza egy szinte tökéletes körbe. A kör nagyon különleges. ”
"Eredetileg kutatásunk fő célja az Upsilon Andromedae bolygórendszer szimulálása volt, lényegében annak meghatározására, hogy a külső két bolygó ugyanabban a síkban fekszik-e, mint a Naprendszer bolygói." - mondta Lystad, aki Rasio-val kezdett dolgozni. amikor ő volt egy másodéves, és számos számítógépes integrációt végzett vezető diplomamunkája részeként. „Meglepődve tapasztaltuk, hogy sok szimulációnk számára nehéz volt megmondani, hogy a bolygók ugyanabban a síkban vannak-e, mert a középső bolygó pályája időről időre nagyon közel kör alakúvá vált. Miután észrevettük, hogy ez a furcsa viselkedés jelen van minden szimulációnkban, felismertük azt egy olyan rendszer füljelzőjeként, amelyen a bolygó-bolygó szétszóródása ment keresztül. Rájöttünk, hogy valami sokkal érdekesebb zajlik, mint senki még nem találta meg. ”
Az Upsilon Andromedae és más ekstrasoláris bolygórendszerek kialakulása és fejlődése során történt megértésnek jelentős hatása van a saját Naprendszerünkre.
"Ha rájössz, hogy az ismert extraszoláris bolygók többsége erősen excentrikus pályákkal rendelkezik (mint például az Upsilon Andromedae bolygói), akkor azon tűnődsz, hogy vajon van-e valami különleges a naprendszerünkben" - mondta Ford. „Lehetséges, hogy az erőszakos bolygó-bolygó szétszóródása olyan kevés, hogy kevés bolygórendszer maradjon nyugodt és lakható? Szerencsére a csillagászok - Geoff Marcy, az UC Berkeley csillagászati professzora vezetésével - szorgalmasan teszik megfigyeléseiket, amelyek végül megválaszolják ezt az izgalmas kérdést.
A kutatást a Nemzeti Tudományos Alapítvány és az UC Berkeley Miller Institute for Basic Research támogatta.
Eredeti forrás: Berkeley sajtóközlemény
