Новые исследования показывают, что в молодых звездных системах могут происходить настоящие гравитационные «разборки». Оказалось, что планеты, расположенные близко к своей звезде, способны действовать как своеобразные «вышибалы», выбрасывая другие планетарные тела за пределы системы. Почти детективное расследование бурного выяснения космических отношений опубликовано на портале препринтов arXiv.
Изгнанные тела называют свободно плавающими (free floating planets или FFPs). В ходу также термин «планеты-изгои» (rogue planets). Ранее считалось, что они редкость, но современные модели показывают обратное: их может быть значительно больше, чем обычных планет на дальних орбитах — как минимум в 20 раз. Иными словами, на 8 «полноценных» планет Солнечной системы может приходиться несколько десятков блуждающих неизвестно где миров.
«Вечные странники» Вселенной — норма, а не исключение
Исследование объясняет, что ключевую роль играют гравитационные взаимодействия в плотных и нестабильных планетарных системах. Когда несколько массивных планет формируются близко к звезде, их орбиты начинают пересекаться, что приводит к «выбросу» менее устойчивых тел в межзвездное пространство.
Благодаря так называемому механизму фон Зайпеля-Лидова-Козаи (vZLK), удаленное возмущающее тело, например, звезда-компаньон в кратной системе, может медленно искривлять орбиту «холодной» планеты, то есть той, которая вращается на большом расстоянии от своей звезды-хозяйки. На протяжении миллионов лет механизм vZLK приводит к тому, что орбита планеты сплющивается и растягивается до тех пор, пока не становится сильно эксцентричной — по сути, превращается в длинный эллипс. На одном конце этого овала траектории планеты-пришельца пересекутся с густонаселенной внутренней частью системы, где обычно находятся короткопериодические суперземли и горячие Юпитеры.
Когда орбиты сталкиваются, начинается грандиозный космический бильярд. Две планеты не обязательно должны столкнуться непосредственно друг с другом, хотя такое, вероятно, иногда случается. Но исследователи обнаружили, что во время близкого прохождения (что гораздо более вероятно) две планеты обмениваются орбитальной энергией. Поскольку «холодная» сильно эксцентричная планета имеет относительно слабую связь со своей звездой, небольшого гравитационного толчка от этого обмена энергией иногда бывает достаточно, чтобы разогнать ее до второй космической скорости, разорвав гравитационную связь и создав планету-сироту. Согласно расчетам авторов, горячие Юпитеры особенно эффективны в этом «эффекте вышибалы» — они будут выбрасывать даже нарушителя массой с юпитерианскую в 80% случаев.
Не столь массивные суперземли выбрасывают вторгающиеся планеты размером с Юпитер только в 6,5% случаев, но хорошо справляются с выбросом близких по массе холодных суперземель, отправляя их в межзвездное пространство в 52% случаев.
Подобные процессы, вероятно, происходили и в ранней Солнечной системе. Некоторые теории предполагают, что в прошлом у нас могло быть больше планет, чем сейчас. Пустое (если не считать астероидов) пространство между Марсом и Юпитером — косвенное тому подтверждение.
Интересные факты в контексте
Астрономы уже научились обнаруживать такие объекты с помощью гравитационного микролинзирования — эффекта, когда находящаяся на луче зрения массивная экзопланета периодически усиливает свет далекой звезды.
Некоторые «планеты-изгои» могут быть почти такими же массивными, как Сатурн или Юпитер, хотя в массе своей они все же небольшие — как показано выше, гиганта выбить из системы сложнее чем малыша.
Есть гипотеза, что часть бродячих миров формируется не в системах, а напрямую из газовых облаков — почти как звезды и коричневые карлики. Но такие «самородные» планеты в Млечном Пути пока не нашли, а искать подобные объекты в других галактиках не позволяет пока разрешение инструментов наблюдения.
В целом ученые приходят к выводу, что хаос в молодых планетных системах — не исключение, а правило, и именно он может объяснить огромное количество одиноких миров во Вселенной.
Недавно ученые предположили, что у планет-изгоев могут быть обитаемые спутники. Но тут все очень непросто. Разумных обитателей на спутниках планет-сирот точно нет.
Источник: hi-tech.mail.ru