Все четыре пухлые газообразные планеты намного массивнее Земли и вращаются по орбите очень близко к своей ближайшей звезде — ближе, чем Меркурий к нашему Солнцу. Их орбиты также связаны по точному шаблону, что поднимает вопрос о том, избегали ли газовые гиганты в нашей солнечной системе каким-то образом подобной конфигурации в далеком прошлом.
«Как и где именно формируются планеты — это нерешенный вопрос планетологии», — сказал ведущий автор исследования Шон Миллс, аспирант по астрономии. астрофизика в Чикагском университете. «Наша работа по существу тестирует модель формирования планет для того типа планет, которых нет в нашей солнечной системе».По словам Миллса, из-за того, что орбитальная конфигурация настолько отличается от конфигурации в нашей системе, ведутся большие споры о том, как формируются такие планеты, как они попали туда и почему система Земли оказалась такой, какой она была.Миллс и его сотрудники использовали данные о яркости, полученные с телескопа НАСА Кеплер, чтобы проанализировать, как четыре планеты блокируют свет звезд и меняют орбиты друг друга, тем самым делая выводы о размерах и массе планет.
Команда выполнила численное моделирование планетарной миграции, которое генерирует текущую архитектуру этой системы, аналогичную миграции, предполагаемой для газовых гигантов Солнечной системы. Эти расчеты описаны в онлайн-выпуске журнала Nature от 11 мая.Орбитальная конфигурация Солнечной системы, похоже, изменилась с момента ее рождения 4,6 миллиарда лет назад. Однако четыре известные планеты гораздо более старой системы Kepler-223 сохраняли одну орбитальную конфигурацию гораздо дольше.
Планеты Kepler-223 намного больше Земли, вероятно, состоят из твердого ядра и газовой оболочки, и они вращаются вокруг своей звезды с периодами от семи до 19 дней. Астрономы называют эти планеты суб-Нептунами. Это самый распространенный тип планет, известных в галактике.Планеты Кеплера-223 также находятся в резонансе.
Планеты находятся в резонансе, когда, например, каждый раз, когда одна из них делает один оборот вокруг своего Солнца, следующая два раза обходит его вокруг. Спутники Юпитера, где было обнаружено это явление, проявляют резонанс.
Две самые внутренние планеты Кеплера-223 находятся в резонансе 4: 3. Второй и третий находятся в резонансе 3: 2, а третий и четвертый — в резонансе 4: 3. Астрономы видели внесолнечные системы, содержащие две или три планеты в резонансе, но не четыре.«Это наиболее яркий пример этого явления», — сказал соавтор исследования Дэниел Фабрики, доцент кафедры астрономии. астрофизика в Калифорнийском университете в Чикаго.Сценарии формирования
Система Kepler-223 предоставляет альтернативные сценарии формирования и миграции планет в планетной системе, отличной от нашей, сказал соавтор исследования Говард Исааксон, астроном-исследователь из Калифорнийского университета в Беркли и член организации California Planet. Команда поиска.
«Данные Кеплера и телескопа Кека в этом отношении были абсолютно критическими», — сказал Исааксон. Благодаря наблюдениям Кеплера-223 и других экзопланетных систем, «Теперь мы знаем о системах, которые не похожи на солнечную систему Солнца, с горячими Юпитерами, планетами ближе, чем Меркурий, или между размерами Земли и Нептуна, ни одну из которых мы не видим в наша солнечная система. Другие типы планет очень распространены ».
По словам Миллса, на некоторых этапах формирования планет могут быть насильственные процессы, но на других этапах планеты могут эволюционировать из газовых дисков плавным и мягким способом, что, вероятно, и произошло с субптуновыми планетами Кеплера-223.«Мы думаем, что две планеты мигрируют через этот диск, застревают, а затем продолжают мигрировать вместе; находят третью планету, застревают, мигрируют вместе; находят четвертую планету и застревают», — объяснил Миллс.
Этот процесс полностью отличается от того, который, по мнению ученых, привел к образованию Земли, Меркурия, Венеры и Марса, которые, вероятно, сформировались на их нынешних орбитальных позициях.По словам Миллса, Земля образовалась из тел размером с Марс или Луну, столкнувшись друг с другом в результате жестокого и хаотичного процесса. Когда планеты формируются таким образом, их конечные орбитальные периоды не близки к резонансу.
Существенное движениеНо ученые подозревают, что современные более крупные и далекие планеты Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — во время своего формирования существенно перемещались. Возможно, они были выбиты из резонансов, которые когда-то напоминали резонансы Кеплера-223, возможно, после взаимодействия с многочисленными астероидами и небольшими планетами (планетезимали).
«Эти резонансы чрезвычайно хрупкие», — сказал Фабрики. «Если бы тела летали и ударялись друг о друга, они бы выбили планеты из резонанса». Но планетам Кеплера-223 каким-то образом удавалось увернуться от этого разлета космических тел.
Другие процессы, включая приливные силы, изгибающие планеты, также могут вызвать разделение резонансов.«Многие из многопланетных систем могут начаться в цепочке резонансов, подобных этой, хотя она и является хрупкой, а это означает, что эти цепи обычно разрываются в длительных временных масштабах, подобных тем, которые предполагаются для Солнечной системы», — сказал Фабрики.
Сотрудники Миллса и Фабрики из Беркли смогли определить размер и массу звезды, выполнив точные измерения ее света с помощью спектрометра высокого разрешения Eschelle на 10-метровом телескопе Keck I на вершине Мауна-Кеа на Гавайях.«Спектр показал звезду, очень похожую по размеру и массе на Солнце, но намного старше — более шести миллиардов лет», — сказал Исааксон. «Вам необходимо знать точный размер звезды, чтобы вы могли провести динамический анализ и анализ устойчивости, который включает оценки масс планет».