После миллиардов лет гармонии далекая планетная система HR 8799 погрузится в хаос

Команда астрономов использовала компьютерное моделирование, чтобы определить судьбу далекой планетной системы, в которой планеты вращаются по орбите почти идеально синхронно друг с другом.

Планетная система HR 8799 расположена в 135 миллионах световых лет от Земли в созвездии Пегаса. В основе системы лежит звезда A-типа возрастом 30-40 миллионов лет, вокруг которой вращаются два кольца пыли и обломком, а также четыре массивные планеты, каждая из которых более чем в пять раз превышает размер Юпитера.

Гравитационное влияние родительской звезды и каждой из планет в течении миллионов лет привело к тому, что четыре инопланетных мира попали в тонко синхронизированный порядок движения, известный как орбитальный резонанс.

В системе HR 8799 третья планета от звезды совершает два полных оборота за время, необходимое самой удаленной планете, чтобы совершить один оборот.

Эта закономерность продолжается по мере того, как мы приближаемся к звезде: вторая ближайшая к звезде планета совершает четыре оборота, а самый внутренний мир совершает восемь оборотов за время, необходимое самому внешнему, чтобы завершить один оборот. Другими словами, каждый следующий мир совершает удвоение орбит своего внешнего соседа.

Группа ученых из Университета Эксетера и Университета Уорика намеревалась определить конечную судьбу этой необычной системы и посмотреть, какой фактор в конечном итоге нарушит характерную для нее картину орбитального резонанса.

С этой целью команда ученых создала продвинутую компьютерную модель планетной системы HR 8799. При моделировании учитывалось гравитационное влияние пяти основных тел звездной системы наряду с обычными внешними гравитационными силами, которые оказывают влияние на планеты в звездной системе, включая галактические приливы и близкие проходы от других звездных тел.

Астрономы пришли к выводу, что резонанс, вероятно, будет продолжаться в течение следующих трех миллиардов лет, и что внешние воздействия редко бывают достаточно сильными, чтобы нарушить орбитальные резонансы планет звездной системы. Однако данные также показали, что резонанс обязательно закончится, когда родительская звезда, исчерпав свой внутренний запас водорода, начнет процесс превращения в массивного красного гиганта.

Во время этого процесса звезда отбрасывает огромное количество массы, которая изменяет ее гравитационные характеристики и ввергает окружающую систему в хаос. В этот момент орбиты окружающих планет начнут смещаться, поскольку они реагируют на изменяющуюся звезду и, при нарушении резонанса, на гравитационные влияния соседних миров.

«Они такие большие и расположены так близко друг к другу, что единственное, что удерживает их в этом идеальном ритме прямо сейчас, — это расположение их орбит», — объясняет ведущий автор нового исследования Димитри Верас.

«Все четверо соединены в эту цепочку. Как только звезда потеряет массу, их положение изменится, и две из них разлетятся друг от друга, вызывая цепную реакцию между всеми четырьмя».

Согласно компьютерному моделированию, этот хаотический процесс приведет к изгнанию из системы двух планет, которые превратятся в планеты-изгои. Оставшиеся две, вероятно, затем окажутся на орбитах от 1 а.е. (астрономическая единица) до нескольких тысяч а.е. от вновь образованного красного гиганта.

Моделирование также помогает объяснить, почему астрономы наблюдали неожиданные сигналы в световых сигнатурах белых карликов, которые являются более поздней эволюцией звезд красных гигантов. По мнению авторов исследования, хаотическое движение планет, скорее всего, приведет к вытеснению материала из колец обломков и заставит его упасть внутрь, а затем поглотить.

Статья об исследовании была опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.