Астрономы нашли "альтернативную" Солнечную систему

Астрономы из США обнаружили, что четыре планеты в системе Кеплер-223 гравитационно связаны между собой таким же образом, как некогда Юпитер и Сатурн. В смысле небесной механики далёкая планетная система является своеобразным "аналогом Солнечной" (на определённом этапе её развития), тем более что в её центре находится звезда-близнец нашего светила. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature.

Согласно ряду работ, появившихся в последние несколько лет, своеобразие Солнечной системы (отсутствие суперземель и малая масса планет земной группы) объясняется тем, что в прошлом взаимодействие Юпитера и других гигантских планет было нарушено. Из-за этого Юпитер и Сатурн совершили "экскурсию" к Солнцу и обратно, пройдя через нынешнюю орбиту Марса. Попутно они уничтожили или изгнали Суперземлю, вращавшуюся внутри нынешней орбиты Меркурия. Ряд астрономов высказали предположение, что такая крайне бурная молодость, как у Солнечной системы может быть нетипичной и в нашей Галактике можно найти системы, похожие на Солнечную в эпоху её "молодости".

Новая работа американских астрономов посвящена системе Кеплера-223, где существует четыре планеты. Их наличие было недавно подтверждено командой телескопа "Кеплер". Используя эшелле-спектрограф на одном из телескопов Обсерватории Кека исследователи смогли уточнить параметры орбиты всех четырёх планет, принадлежащих к классу мини-нептунов (самые распространённые среди экзопланет). Как оказалось, все четыре находятся в резонансе 3:4:6:8. Это значит, что пока первая делает восемь оборотов вокруг своей звезды, вторая делает шесть, третья — четыре, а четвёртая — три. Соответственно различается и длина года на каждой из них.

Такая необычная картина строго согласованного вращения сразу четырёх планет до того ни разу не встречалась астрономам. В нашей системе сходный резонанс 4,5 миллиарда лет назад был между Юпитером и Сатурном. Однако в силу хаотических взаимодействий с другими телами он разрушился, вызвав миграцию планет по всей Солнечной системе. Что необычно, возраст звезды Кеплер-223 больше шести миллиардов лет, то есть она существенно древнее нашей, а резонанс так и не нарушился за много миллиардов лет.

Ученые полагают, что такая странная конфигурации далёкой системы также может объясняться миграциями. Некогда первая планета стала двигаться внутрь протопланетного диска, где сблизилась с другой. Гравитация постепенно заставила их вращаться в резонансе, а затем они обе продолжили смещаться к центру системы. Там они встретили третью и четвёртую планеты, с каждой из которых этот процесс повторился вновь. В итоге система Кеплер-223 стала ультракомпактной: один оборот вокруг светила все планеты делают за 7—19 дней. Это значит, что там слишком жарко для жизни. Однако нельзя исключать, что по пути к сегодняшним орбитам эти четыре тела отодвинули на дальние рубежи ряд других планет, которые мы пока не можем заметить.

По мнению астрономов, их моделирование исключает возможность образования всех этих планет "на месте". Это значит, что новая работа закрывает вопрос о том, где образуются планеты, между которыми есть гравитационный резонанс. Ранее предполагалось, что они могут сформироваться и "на месте". В связи с этим возникала проблема: почему в разных системах их орбиты могут быть то слишком близки к светилам, то, напротив, очень далеки. Теперь можно считать установленным, что в действительности колоссальный разброс в структурах планетных систем вызван миграциями, вроде тех, что определили облик Солнечной системы.

Работа констатирует два важных пункта. Во-первых, пример Кеплера-223 показывает, что хаос с двигавшимися туда-сюда орбитами планет в молодой Солнечной системе не был неизбежным. Ряд её далёких аналогов смог избежать такого сценария. Во-вторых, все случаи, когда планеты находятся в гравитационном резонансе друг с другом, являются следствием миграции, а значит, они не могут быть "аборигенами" тех частей звёздных систем, где мы их наблюдаем сегодня.