Галактика усеяна планетными системами, сильно отличающимися от нашей. В Солнечной системе ближайшая к Солнцу планета - Меркурий, с обращением по орбите 88 дней - и самая маленькая. Но космический аппарат НАСА «Кеплер» обнаружил тысячи систем, заполненных очень большими планетами, называемыми суперземлями, на очень маленьких орбитах, которые несколько раз за 10 дней совершают оборот вокруг своей родительской звезды..
Теперь исследователи могут лучше понять, как образовались такие планеты.
Группа астрономов из Университета штата Пенсильвания обнаружила, что планеты формируются из хаотического водоворота гравитационных, гидродинамических или магнитных сил и столкновений внутри пыльного газообразного протопланетного диска, который окружает звезду как планетарная система начинает формироваться, орбиты этих планет в конечном итоге синхронизируются, заставляя их скользить - в стиле лидера - к звезде. Компьютерное моделирование команды приводит к планетным системам со свойствами, которые совпадают со свойствами реальных планетных систем, наблюдаемых космическим телескопом Кеплер для наблюдения за солнечными системами. По словам Дэниела Карреры, доцента-исследователя астрономии в Научном колледже Эберли при Пенсильванском университете, как моделирование, так и наблюдения показывают, что большие каменистые суперземли вращаются очень близко к своим звездам.
Он сказал, что симуляция - это шаг к пониманию того, почему суперземли собираются так близко к своим звездам. Моделирование также может пролить свет на то, почему суперземли часто расположены так близко к своей звезде-хозяину, где в протопланетном диске, кажется, недостаточно твердого материала для формирования планеты, не говоря уже о большой планете, считают исследователи., которые сообщают о своих открытиях в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
«Когда звезды очень молоды, они окружены диском, состоящим в основном из газа с небольшим количеством пыли, и эта пыль превращается в планеты, такие как Земля и эти суперземли», - сказал Каррера.«Но особая загадка для нас заключается в том, что этот диск не доходит до звезды - там есть полость. И все же мы видим эти планеты ближе к звезде, чем к краю этого диска».
Компьютерное моделирование астрономов показывает, что с течением времени гравитационные силы планет и дисков переводят планеты на синхронизированные орбиты - в резонанс - друг с другом. Затем планеты начинают мигрировать в унисон, некоторые из них приближаются к краю диска. Сочетание газового диска, воздействующего на внешние планеты, и гравитационного взаимодействия между внешними и внутренними планетами может продолжать подталкивать внутренние планеты очень близко к звезде, даже внутрь к краю диска.
С первым открытием экзопланет размером с Юпитер, вращающихся вокруг своей звезды, астрономы были вдохновлены на разработку нескольких моделей того, как такие планеты могут формироваться, включая хаотические взаимодействия в системах с несколькими планетами, приливные эффекты и миграцию через газовый диск», - сказал Эрик Форд, профессор астрономии и астрофизики, директор Центра экзопланет и обитаемых миров штата Пенсильвания и профессор Института кибернауки (ICS).«Однако эти модели не предсказали более поздние открытия планет размером с Землю, вращающихся так близко к своей родительской звезде. Некоторые астрономы предположили, что такие планеты должны были сформироваться очень близко от их нынешнего местоположения. Наша работа важна, потому что она демонстрирует как короткопериодические планеты размером с Землю могли образоваться и мигрировать в свои нынешние местоположения благодаря сложному взаимодействию нескольких планетных систем».
Каррера сказал, что предстоит еще много работы, чтобы подтвердить правильность теории.
«Мы показали, что в этой симуляции планеты могут приближаться к звезде так близко, но это не значит, что это единственный способ, которым Вселенная решила их создать», - сказал Каррера. «Кто-то может выдвинуть другую идею о том, как сблизить планеты со звездой. Итак, следующий шаг - проверить идею, пересмотреть ее, сделать предсказания, которые можно проверить с помощью наблюдений».
Будущие исследования могут также выяснить, почему наша супер-Беземная солнечная система отличается от большинства других солнечных систем, добавил Каррера.
«Суперземли на очень близких орбитах, безусловно, являются наиболее распространенным типом экзопланет, которые мы наблюдаем, и все же они не существуют в нашей собственной Солнечной системе, и это заставляет нас задаться вопросом, почему», - сказал Каррера.
По мнению исследователей, лучшие опубликованные оценки предполагают, что около 30 процентов звезд солнечного типа имеют некоторые планеты ближе к родительской звезде, чем Земля к Солнцу. Однако они отмечают, что дополнительные планеты могут остаться незамеченными, особенно маленькие планеты, находящиеся далеко от своей звезды.
Андре Изидоро, исследователь из Государственного университета Сан-Паулу (UNESP), работал с Каррерой и Фордом над исследованием, которое началось благодаря сотрудничеству, сформированному в рамках программы NASA Nexus for Exoplanet Systems Science.
Вычисления для этого исследования были выполнены на базе Advanced CyberInfrastructure (ICS-ACI) Пенсильванского института кибернауки и компьютерного кластера CyberLAMP. Эту работу поддержали Национальный научный фонд, НАСА и Центр экзопланет и обитаемых миров штата Пенсильвания.