Система Kepler-223: ключ к планетарной миграции

Четыре планеты звездной системы Kepler-223 сегодня имеют мало общего с планетами нашей Солнечной системы. Но новое исследование с использованием данных космического телескопа NASA «Kepler» предполагает возможную общность в далеком прошлом. Орбиты планет Kepler-223 схожи с теми, какие могли иметь в далеком прошлом Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, прежде чем перешли на их нынешних позиции.

«Как и где именно формируются планеты является нерешенным вопросом в планетарной науке. Наша работа по существу проверяет модель формирования планет такого типа, который мы не имеем в нашей Солнечной системе», – сказал ведущий автор исследования Шон Миллс, аспирант в области астрономии и астрофизики в Университете Чикаго в штате Иллинойс.

Пышные газообразные планеты, вращающиеся вокруг Kepler-223, гораздо более массивны, чем Земля, и располагаются очень близко к их звезде. Миллс и его коллеги использовали данные миссии K2 и проанализировали, как четыре планеты блокируют свет своей звезды и изменяют орбиты друг друга. Эта информация также дала исследователям размеры и массы планет. Команда выполнила моделирование планетарной миграции и подозревает, что подобные процессы были присущи газовым гигантам Солнечной системы. Расчеты опубликованы 11 мая 2016 года в интернет-издании «Nature».

Орбитальная конфигурация нашей Солнечной системы скорее всего развивалась с момента своего рождения 4,6 миллиарда лет назад. Четыре известные планеты системы Kepler-223 значительно старше, тем не менее придерживаются единой орбитальной конфигурации гораздо дольше.

Астрономы называют планеты Kepler-223 «суб-нептуновыми». Они предположительно состоят из твердого ядра и газовой оболочки и вращаются вокруг своей звезды с периодом от 7 до 19 дней. Они являются наиболее распространенным типом планет, известным в Галактике, несмотря на то, что в Солнечной системе нет подобных тел.

Планеты Kepler-223 находятся в резонансе, то есть их гравитационное воздействие друг на друга создает периодическую связь между орбитами. Это первый случай подтверждения планетного резонанса за пределами Солнечной системы. «Это самый экстремальный пример такого явления», – сказал соавтор исследования Дэниел Фабрики, доцент кафедры астрономии и астрофизики в Университете Чикаго.

Ученые допускают для системы Kepler-223 альтернативные сценарии формирования планет и их миграции в планетарной системе, которая отличается от нашей. Некоторые этапы формирования планет могут включать в себя бурные процессы. Но кроме этого планеты могут развиваться из газовых дисков плавным мягким способом, в результате чего, по мнению ученых, и возникли суб-нептуновые планеты Kepler-223.

Шон Милс (слева) и Дэниэл Фабрики (справа), исследователи из Университета Чикаго, описали сложные орбитальные структуры Кеплер-223. Credits: Nancy Wong/University of Chicago

«Мы считаем, что две планеты мигрируют через диск, застревают, а затем продолжают мигрировать вместе. Находят третью планету, застревают, после чего мигрируют вместе. Находят четвертую планету и застревают», – пояснил Миллс.

Этот процесс полностью отличается от того, что привел к образованию Меркурия, Венеры, Земли и Марса, которые сформировались в их нынешних орбитальных позициях в ходе яростного и хаотического процесса непрерывных столкновений с меньшими телами. Когда планеты формируются таким образом, их конечные орбитальные периоды далеки от резонанса.

Тем не менее, ученые подозревают, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более крупные и удаленные планеты Солнечной системы, существенно переместились с момента их образования. Они, возможно, были выбиты из резонансов, чего не случилось с планетами Kepler-223, после взаимодействия с многочисленными астероидами и малыми планетами (планетезималями). Такие резонансы чрезвычайно хрупки. Если тела летают вокруг и сталкиваются, то они могут вытеснить планеты из резонанса. Но планеты Kepler-223 каким-то образом смогли увернуться от многообразия космических тел.