03:00

Планеты-гиганты нашли путь к стабильному резонансу

Исследование провели Джон Джонсон (John A. Johnson) из Калифорнийского технологического института (Caltech), на снимке, и его коллеги из ряда университетов США и Германии (фото Bill Youngblood).

Сразу у двух солнц обнаружилось по два газовых гиганта, причём небесные тела в каждой такой паре находятся совсем рядом друг с другом. Удивительно сильное, но при этом виртуозно сбалансированное гравитационное взаимодействие тяжёлых планет между собой один из авторов данного открытия назвал реальной головоломкой.

О новых системах сообщила международная группа астрономов, открывшая планеты по тонким колебаниям в радиальной скорости родительских звёзд. Дополнительную информацию затем принесла фотометрия. Но главной работой явился скрупулёзный расчёт орбит вновь найденных объектов. Тут-то астрономам, повидавшим в космосе немало чудес, пришлось по-настоящему удивиться.

Итак, первая находка — планетарная система звезды 24 Секстанта (24 Sextanis). Весит эта звезда 1,54 массы Солнца, а удалена от нас на 244 световых года.

Её первая планета 24 Sex b тянет на весах как 1,99 Юпитера. Большая полуось (упрощённо — средний радиус её орбиты) равна 1,333 астрономической единицы (около 200 миллионов километров). Вокруг солнца планета обегает за 452,8 дня (учёные говорят, что цифры эти не окончательные).

Соседний же гигант под именем 24 Sex c весит как 0,86 Юпитера, радиус его орбиты равен 2,08 а.е., а его год длится 883 дня. Получается, что два данных тела разделяет менее 0,75 а.е. (112 млн км). Для сравнения: дорожки Юпитера и Сатурна разведены примерно на 4,4 а.е. (около 660 млн км).


 К сожалению, о возможных спутниках у открытых газовых гигантов пока учёные сказать ничего не могут, а вот про сами планеты уже удалось выяснить немало.

Статья авторов открытия выйдёт в Astronomical Journal, а пока можно прочесть её препринт на arXiv.org и пресс-релиз Калтеха (иллюстрация PPARC).

Вторая находка — планетарная система звезды HD 200964 – оказалась ещё примечательнее. Вес этого светила составляет 1,44 солнечного, а расстояние до него — 223 световых года. Две планеты названы соответственно HD 200964 b и c. Их массы равны 1,99 и 0,9 юпитерианских, большие полуоси орбит — 1,601 и 1,95 а.е., а периоды — 613,8 и 825 дней.

Разница в орбитах этих гигантов, как видно, составляет и вовсе менее чем 0,35 а.е. (всего 52 миллиона километров), так что гравитационное влияние их друг на друга — колоссально. Сила притяжения между данными объектами в четыре раза больше, чем между Солнцем и Землёй, в 700 раз больше, чем между Землёй и Луной, и в три миллиона раз больше, чем между Землёй и Марсом.

Астрономы открыли сотни экзопланет, причём в каждой третьей планетарной системе число планет составляет две и более. Однако, как правило, орбиты этих миров разведены на солидное расстояние, а примеров, когда планеты одной звезды действительно сильно взаимодействуют друг с другом посредством гравитации, – очень мало. Тем интереснее нынешняя находка (иллюстрация с сайта hubblesite.org).

Но ещё интереснее оба этих случая тем, что представляют ситуацию, очень близкую к орбитальному резонансу. С учётом погрешности определения периода, которая в зависимости от планеты колеблется от двух суток до месяца, — данные тела практически точно попадают в резонанс. У 24 Секстанта периоды обращения планет относятся как 2:1, а у HD 200964 — 4:3.

Для сравнения: в нашей Солнечной системе в резонансе 4:3 находятся спутники Сатурна Титан и Гиперион, но их массы решительно несопоставимы с массами газовых гигантов. Юпитер и Сатурн могли бы быть более удачной аналогией (они почти попадают в резонанс 5:2), но с ростом расстояния взаимное гравитационное воздействие падает квадратично.

Между тем орбитальный резонанс оказывает стабилизирующее влияние на планеты, так что те могут спокойно находиться на своих местах всю жизнь солнца. В противном случае столь сильно взаимодействующие миры могут столкнуться или покинуть систему.


 Учёные разными методами посчитали всевозможные комбинации орбитальных периодов двух планет-гигантов звезды 24 Sex, убедившись, что долговременная стабильность орбит (отражена закрашенными контурами) обеспечивается лучше всего при соотношении периодов 2:1 (иллюстрация John Asher Johnson et al.).


Полученная картина красива, но загадочна. "Есть много участков в протопланетном диске, где могут образовываться планеты, — говорит Джонсон. — Очень маловероятно, что две из них возникнут в местах, где они обретут периоды в одном из этих отношений".

Таким образом, речь нужно вести о миграции планет-гигантов поперёк всей звёздной системы (ближе к солнцу) и каком-то неясном пока механизме, позволяющем им филигранно настроить свой "танец" и "запереться" в резонансе.
На заре существования Солнечной системы, кстати, происходил сходный процесс.

 Звёзды – героини нынешнего исследования относятся к субгигантам. Через 10-100 миллионов лет они превратятся в красных гигантов, начнут сбрасывать внешние слои, меняя свою массу, а значит, динамику всей планетарной семьи.

Тогда тонкая настройка собьётся, орбиты небесных тел станут нестабильными и, по словам Джонсона, скорее всего, одна из планет в каждой паре покинет систему (иллюстрация с сайта quarks.maynau.com).


В описании становления подобных стройных орбит нужно учесть, однако, что темп миграции планет-гигантов, родившихся в разных частях протопланетного диска, сильно отличается. Возникает нечто вроде толкучки, в которой правильный баланс планеты как-то должны найти раньше, чем развалят систему. Как именно им это удаётся – учёные пока объяснить не могут.

Вместе с тем всего три недели назад астрономы объявили о первом в своём роде открытии — сразу трёх планет, находящихся в орбитальном резонансе друг с другом.

Получается, что в ранних этапах эволюции планетарных систем, когда и возникают правильные соотношения периодов обращения, для нас остаётся ещё очень много белых пятен. Чтобы их как-то закрасить, Джонсон со товарищи предлагают присмотреться к системам 24 Секстанта и HD 200964 пристальнее.

 

Источник: membrana.ru


Просмотров: 985
Рейтинг: 0.0/0
Добавлено: 31.07.2010
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]