Нова система класифікації об’єднує подібні екзопланетні системи, щоб вчені могли краще зрозуміти процес формування планет, у тому числі історію тієї групи світів, до якої належить наша планета.
Астрономам вдалося відкрили вже понад 300 екзопланетних систем, де обертається три або більше підтверджених планет. Більшість цих планет мають схожий розмір і розташовані на відносно невеликій відстані одна від одної, за що в науковій спільноті отримали назву peas in a pod (з англ. – «горошини в стручку»). Водночас вони обертаються навколо своїх зірок на відстані, яка в багатьох випадках є меншою за дистанцію між Меркурієм і Сонцем.
Наша Сонячна система, навпаки, виглядає зовсім інакше.
«[Планетологи] вважали, що Сонячна система не є типовою структурою, якщо звернути увагу на відстані між планетами», – каже астроном Джульєта Бекер з Університету Вісконсіна-Медісона. Зокрема, скелясті планети не розташовані так близько одна до одної, як в інших системах, між Марсом і Юпітером є великий розрив (головний пояс), а гігантські планети (у нашому випадку газові гіганти) також не обертаються дуже близько одна до одної.
Але нове дослідження Бекер та групи вчених свідчить, що наша Сонячна система не така вже й незвичайна, як вважалося раніше. Дослідження, опубліковане в журналі The Astronomical Journal, є першим, де для вивчення архітектури планетних систем використано весь каталог екзопланет.
Як горошини в стручку
Щоб розділити планетні системи на групи, команда дослідників вивчила розміри екзопланет і співвідношення їхніх орбітальних періодів – кількість днів, за які планета обертається навколо своєї зірки, поділена на кількість днів, за які найближча до зірки планета обертається навколо неї – як критерій наближеності світів у цих системах один до одного.
Загалом, близько 80% систем з трьома або більше планетами підпадають під категорію «горошини в стручку».
«Немає суворих правил для визначення, чи буде система підпадати в цю категорію», – пояснує Бекер.
Команда відносила системи до типу «горошини в стручку», навіть якщо їхні планети розкидані по системі не дуже рівномірно. Наприклад, у системі Kepler-11 ми вже виявили шість планет, які обертаються навколо своєї зірки за приблизно 10, 13, 23, 32, 47 і 118 днів (співвідношення періодів 1,3, 1,7, 1,4, 1,5 і 2,5 відповідно). У нашій Сонячній системі Меркурій, Венера, Земля і Марс мають співвідношення періодів приблизно 2,6, 1,6 і 1,9 відповідно.
Загалом, дослідження показало, що наша Сонячна система цілком вписується в категорію «горошини в стручку», запропоновану командою.
Розділова лінія
Деякі системи типу «горошини в стручку» також мають зовнішні планети, як наша Сонячна система. Визначити правило для розмежування внутрішніх і зовнішніх областей було нелегко, але команда класифікувала зовнішні планети як такі, що обертаються навколо своїх зірок із періодом більшим за 130 днів і розділені співвідношенням періодів більшим за 5.
Ці дві умови дозволили віднести деякі планети до внутрішніх областей, попри те, що вони відокремлені великими просторовими проміжками. Дослідники назвали такі системи gapped peas in a pod (з англ. – «горошини в стручку з проміжками»). Прикладом є система Kepler-62, яка має п’ять планет, що обертаються навколо своєї зірки з періодами 6, 12, 18, 122 та 267 днів (відношення періодів 2,2, 1,5, 6,7 та 2,2 відповідно).
«Можливо, деякі із цих проміжків – це планети, які ми ще не виявили», – припускає планетолог Андре Ізідоро з Університету Райса, який не був залучений до дослідження.
Деякі з одно- та двопланетних систем, які команда класифікувала, також можуть мати більше планет, що менші за Юпітер, тож їх можуть зрештою перекласифікувати до категорії «горошини в стручку».
Команда також створила окрему категорію під назвою «теплі Юпітери» для тих систем, які мають планети, більші за Юпітер, у внутрішніх областях поряд із меншими планетами. Додаткове розділення було зроблено, щоб врахувати більшу варіативність мас і співвідношень періодів цих планет.
Загалом команда змогла класифікувати близько 97% систем із трьома або більше планетами. Схема класифікації також є достатньо широкою, щоб включити менші планети, які можуть бути виявлені в майбутньому за допомогою більш потужних телескопів.
Архітектура формування планет
Нова система класифікації також допомагає зрозуміти, як еволюціонують планетні системи. Наприклад, команда вчених змогла відокремити системи типу «горошини в стручку» від систем типу «теплий Юпітер».
«Це важливий крок у спробі зрозуміти, як ці планетні системи набувають такої особливої архітектури [горошини в стручку]», – каже планетолог Дарріл Селігман із Мічиганського державного університету, який не брав участі в дослідженні, – «Можливо, що теплі Юпітери цьому заважають».
Якщо ми будемо фіксувати багато планетарних систем типу «горошини в стручку», які мають планети схожого розміру, то, можливо, це буде свідчити про спільний фізичний процес, за яким ці планети сформувалися з пилових частинок. Тобто мається на увазі, що на етапі формування планети могли зазнавати зіткнень і набирати масу за певним схожим принципом.
Цікаво, що навіть якщо такі системи стають нестабільними, вони можуть зберегти свою структуру типу “горошини в стручку”, як ми бачимо на моделях», – коментує Ізідоро.
Розподіл систем на групи також дає змогу виявляти винятки, що підштовхує дослідників до роздумів про унікальні процеси формування й еволюції планет.
Наприклад, TRAPPIST-1 і Kepler-42 – це мініатюрні системи типу «горошини в стручку», причому в останній планети обертаються навколо своєї зірки з періодом меншим за дві доби.
«Іноді саме порушення системи класифікації рухає науку вперед», – каже Селігман.
Багато зусиль було докладено, щоб класифікувати майже 6000 відкритих на сьогодні екзопланет за розміром і періодом обертання. Але дослідження їхніх систем як окремих об’єктів було обмеженим.
«Насправді дуже важко знайти достатню кількість планет, щоб почати створювати категорії і намагатися зрозуміти, які планетарні групи існують», — каже Бекер, – «Ми дійсно живемо в надзвичайно цікавий час».