Астрономы уличили звезды в областях звездообразования в краже планет друг у друга

Астрономы при помощи компьютерного моделирования определили, что кража планет у других звезд или их захват из межзвездной среды являются обычными процессами в областях звездообразования или скоплениях. Кроме того, ученые считают, что многих из известных экзопланет на широких орбитах, а также гипотетическая Девятая планета Солнечной системы ранее были планетами-сиротами и были захвачены в свои текущие системы. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

На сегодняшний день ученым известно множество экзопланет, орбиты которых не могут быть в полной мере объяснены в рамках современных теорий формирования звезд и планет, таких как аккреция на плотное ядро или гравитационной нестабильностью в протопланетном диске. В частности, были обнаружены десятки кандидатов в тела планетарной массы с необычно большими эксцентриситетами и большими полуосями орбит, причем некоторые из них находились на расстоянии до 2500 астрономических единиц от своих звезд. Кроме того, ученым известны планеты-сироты, находящиеся в межзвездном пространстве и лишенные родительских звезд, а в случае Солнечной системы в ее внешней части может существовать предсказанная теоретически Девятая планета, орбита которой, вероятно, очень широкая и характеризуется большим эксцентриситетом и наклонением к плоскости других планет. 

Подобные объекты могли возникнуть в результате динамического взаимодействия с внешними телами, в результате чего планеты изменяли орбиту, выбрасывались прочь из системы, захватывались в систему, будучи ранее выброшенными, или переходили от одной звезды к другой (ситуация кражи планеты). Такие взаимодействия легко возникают в средах с высокой плотностью звездных систем, например в областях звездообразования, в которых формируется множество звезд и планет. При этом и наша Солнечная система могла образоваться в относительно плотном скоплении из 100–1000 звезд.

Группа астрономов во главе с Эммой Дафферн-Пауэлл (Emma C. Daffern-Powell) из Университета Шеффилда опубликовала результаты моделирований планетной динамики в областях звездообразования. Моделирования проводились методом 𝑁-тел для плотных субструктурированных областей звездообразования, насчитывающих 1000 светил, где половина звезд имеет планеты с массой как у Юпитера, расположенные на расстоянии 30 или 50 астрономических единиц от светил, и охватывали временной период 10 миллионов лет. Целью работы была оценка доли экзопланет, которые похищаются звездами у родительских звезд, или захватываются в планетную систему извне.

Оказалось, что кража и захват планет звездами — относительно обычное явление, в данном моделировании около двух процентов планет были украдены у других звезд, такое же количество было захвачено в системы. При этом ученые подчеркивают, что кража и захват планет должны рассматриваться как два разных механизма. Большая часть краж и захватов происходит в ранние периоды эволюции скопления, когда плотность объектов максимальна. 

Небольшие начальные длины больших полуосей орбиты планет через 10 миллионов лет приводят к большему количеству украденных планет, чем захваченных, а более длинные начальные большие полуоси — к большему количеству захваченных планет, чем украденных. Ученые также пришли к выводам, что результаты моделирований говорят о том, что многие из планет, найденных методом прямых изображений, были захвачены в свои текущие системы и ранее были планетами-сиротами. В частности, если длина большой полуоси орбиты планеты составляет около 500 астрономических единиц, то вне зависимости от начальных условий она будет являться захваченной планетой. Такой же вывод предлагается распространить и на Девятую планету —  если она существует, то, скорее всего, была захвачена, а не украдена.

Ранее мы рассказывали о том, где находится самая крупная группа кандидатов в планеты-сироты в Млечном Пути.

Александр Войтюк