Ученые выяснили, что миры Млечного пути принадлежат к одному из двух «семейств»

Фото из открытых источников

О том, как ребенок будет взрослеть, можно многое узнать, взглянув на его родителей, и, как оказалось, это может быть справедливо и для планетных систем. Ученые провели космическую генеалогию планетных систем в Млечном пути, обнаружив две различные группы, которые влияют на эволюцию и судьбу этих систем. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Исследовательская группа под руководством ученых из Итальянского национального института астрофизики (INAF) изучила 300 наиболее изученных многопланетных систем из более чем 1000, обнаруженных астрономами в Млечном пути.

Исследование команды проясняет, как окружающая среда вокруг молодых звезд напрямую влияет на судьбу планет и, в свою очередь, на выживание внесолнечных планет, или экзопланет, которые потенциально способны быть обитаемыми. Это может иметь решающее значение для астрономов, ищущих жизнь за пределами Солнечной системы, указывая им на системы с потенциально обитаемыми планетами, подобными Земле.

«Основной вопрос, с которого мы начали, был: что определяет характеристики планетных систем в том виде, в каком мы их видим сегодня? Закладываются ли они при рождении или формируются в процессе эволюции с течением времени? В конце концов, истина оказалась где-то посередине», — заявил соавтор исследования Диего Туррини из INAF. «Наши результаты показывают, что существует генетическая связь между планетными системами и их звёздами, и что, в зависимости от звезды, вокруг которой они родились, эта связь также определяет их судьбу».

Первая «семейство», идентифицированная учёными, состоит из обширных массивных систем, часто с общей массой от двух до десяти раз превышающей массу нашей Солнечной системы. Планеты в этих системах вращаются вокруг звёзд, более массивных, чем Солнце, с меньшей концентрацией элементов тяжелее водорода и гелия (которые астрономы несколько путают с металлами), чем наблюдается в нашей звезде.

Вторая группа состоит из более компактных систем с меньшей массой. В её состав входят планеты со сравнимыми массами и размерами, образующие так называемую конфигурацию «горошек в стручке». Они вращаются вокруг звёзд с массой и металличностью, равными или меньшими, чем у Солнца, причём их орбиты обычно намного уже, чем у Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты.

Одним из «генов», выбранных Туррини и его коллегами для классификации планетных систем по семействам, были отклонения планет от вращения вокруг своей звезды в одной и той же круговой плоскости. Это, в свою очередь, выявляет семейную историю сильной гравитационной нестабильности, вызванной такими событиями, как столкновения гигантов и выбросы планет.

Исследователи обнаружили, что для первой группы планетных систем бурные события были обычным явлением, но для второй группы — гораздо реже. Они установили, что количество таких турбулентных событий, которые переживает планетная система, может быть связано даже с незначительными изменениями в среде, в которой формируются планеты. Эти изменения возникают из-за различных свойств родительской звезды этих систем.

Таким образом, природа звезды в этих системах не просто коренным образом меняет процесс формирования планет в их системах; она влияет на будущую эволюцию системы, определяя, будет ли она характеризоваться фазами выраженной нестабильности и гигантскими столкновениями.

«Главная трудность при анализе данных заключалась в определении того, являются ли две группы планетных систем реальными или всего лишь иллюзией, созданной технологическими ограничениями современных методов наблюдения», — сказала соавтор исследования Камилла Даниельски из Университета Валенсии в Испании.

«В конце пути стало ясно, что эффекты отбора действовали лишь как верхушка айсберга, выявив существование гораздо более глубоких структурных различий между этими системами», — сказал Даниэльски.

Ученые проверили свои выводы, проведя моделирование эволюции планетных систем, причем каждое из них начиналось с различных условий.

«Наиболее точно динамические свойства семейства широких и массивных систем воспроизводятся в тех случаях, когда системы нестабильны с момента своего рождения», — говорит соавтор исследования Данаэ Полихрони из INAF. «Большее количество вещества, из которого формируются планеты вокруг своих звезд-хозяев, приводит к тому, что они рождаются слишком большими, что препятствует стабильности системы».