Kuvan luotto: NWU
Kalifornian yliopiston Berkeleyn ja Luoteis-yliopiston tutkijoiden uuden tutkimuksen mukaan sellaisen kolmen planeetan ominaiset kiertoradat, jotka kiertävät kaukaisen tähden ympärillä, voidaan selittää vain, jos näkymätön neljäs planeetta räpäisee sen läpi ja koputtaa ne ympyrän kiertoradaltaan.
Päätelmä perustuu tietokoneen ekstrapolointeihin 13 vuoden havainnoista planeetan liikkeistä Upsilon Andromedae-tähtien ympärillä. Se viittaa siihen, että monien tähän mennessä löydettyjen ekstrasolaaristen planeettojen ei-pyöreät ja usein erittäin elliptiset kiertoradat voivat olla seurausta planeettojen sironnasta toisistaan. Tällaisessa skenaariossa häiriintyvä planeetta voitaisiin ampua kokonaan pois järjestelmästä tai voidaan potkaista kaukaiselle kiertoradalle jättäen sisäplaneetoille epäkeskeiset kiertoradat.
"Tämä on luultavasti yksi kahdesta tai kolmesta ekstrasolaarisesta järjestelmästä, joilla on parhaat havainnot ja tiukimmat rajoitukset, ja se kertoo ainutlaatuisen tarinan", kertoi UC Berkeleyn Millerin jälkitoimen stipendiaatti Eric Ford. ”Selitys on, että ulkoaplaneetan alkuperäinen kiertorata oli pyöreä, mutta se sai tämän äkillisen potkun, joka muutti pysyvästi kiertoradalleen erittäin eksentriseksi. Jotta voimme tarjota tuon potkun, oletamme hypoteesin olemassa olevasta ylimääräisestä planeetasta, jota emme näe nyt. Uskomme ymmärtävämme nyt, kuinka tämä järjestelmä toimii. ”
Jos sellainen planeetta olisi hoitanut aurinkokunnan läpi varhaisen historiansa aikana, tutkijat huomauttivat, että sisäplaneetoilla ei ehkä ole nyt niin kauniisti pyöreitä kiertoratoja, ja elämän alkuperää koskevien nykyisten oletusten perusteella maapallon ilmasto on voinut vaihdella liikaa. jotta elämä olisi syntynyt.
"Vaikka aurinkokuntamme planeetat pysyvät vakaina miljardeja vuosia, niin ei ollut tilanne Upsilon Andromedae-kiertävissä planeetoissa", Ford sanoi. "Vaikka nämä planeetat ovat saattaneet muodostaa samalla tavalla kuin Jupiter ja Saturnus, niiden nykyiset kiertoradat veivät kaoottisen ja väkivaltaisen vuorovaikutuksen myöhäisessä vaiheessa."
Fordin kollegan, Luoteis-Fysiikan fysiikan ja tähtitieteen apulaisprofessorin Frederic A. Rasion mukaan ”Tuloksemme osoittavat, että yksinkertainen mekanismi, jota usein kutsutaan” planeetan ja planeetan sironniksi ”- eräänlainen slingshot-vaikutus, joka johtuu äkillisestä painovoiman vetävyydestä kahden välillä planeettojen kun ne tulevat hyvin lähelle toisiaan - on oltava vastuussa Upsilon Andromedae -järjestelmässä havaituista erittäin epäkeskeisistä kiertoradasta. Uskomme, että planeetta-planeetta-sironta tapahtui usein ekstrasolaarisissa planeettajärjestelmissä, ei vain tässä, johtuen voimakkaista epävakauksista. Joten vaikka muiden tähtiä ympäröivät planeettajärjestelmät saattavat olla yleisiä, sellaiset järjestelmät, jotka voivat tukea elämää, joiden, kuten aurinkokuntamme on oletettavasti pidettävä vakaina erittäin pitkillä asteikoilla, eivät välttämättä ole niin yleisiä. "
Tietokonesimulaatioista ilmoittavat Luoteis-lehden fysiikan pääaineopiskelijat Ford, Rasio ja Verene Lystad 14. huhtikuuta ilmestyvässä Nature-lehdessä. Ford oli Rasion opiskelija Massachusetts Institute of Technologyssa ennen jatko-opintojaan Princetonin yliopistossa ja saapumistaan UC Berkeleyn vuonna 2004.
Upsilon Andromedaen ympärillä oleva planeettajärjestelmä on yksi tutkituimmista 160: sta järjestelmästä, joiden planeettoja on toistaiseksi löydetty oman aurinkokunnan ulkopuolella. Sisäinen planeetta, ”kuuma Jupiter”, joka on niin lähellä tähtiä, että sen kiertorata on vain muutama päivä, löysi vuonna 1996 UC Berkeleyn Geoff Marcy ja hänen planeettojen metsästysjoukkueensa. Kaksi ulompaa planeetta, joiden pitkänomaiset kiertoradat häiritsevät voimakkaasti toisiaan, löydettiin vuonna 1999. Nämä kolme Upsilon Andromedaen ympärillä olevaa valtavaa, Jupiterin kaltaista planeettaa muodostivat ensimmäisen Doppler-spektroskopian avulla löydetyn ekstrasolaarisen moniplaneettajärjestelmän.
Upsilon Andromedaen ympärillä olevien planeetta kiertoratojen epätavallisen luonteen vuoksi Marcy ja hänen tiiminsä ovat tutkineet sitä intensiivisesti tekemällä lähes 500 havaintoa - 10 kertaa enemmän kuin useimmille muille löydetyille ekstrasolaarisille planeetoille. Nämä havainnot, kiertävien planeettojen indusoimat tähtien liikkeen heilahtelut, mahdollistavat planeettojen liikkuvuuden erittäin tarkan kuvaamisen tähden ympäri.
"Havainnot ovat niin tarkkoja, että voimme seurata ja ennustaa mitä tapahtuu kymmeniä tuhansia vuosia tulevaisuudessa", Ford sanoi.
Nykyään, kun sisimpi planeetta pyörii lähellä tähtiä, kaksi ulompaa planeettaa kiertävät munamuotoisilla kiertoradalla. Aiempien ja tulevien kiertoradan muutosten tietokonesimulaatiot osoittivat kuitenkin, että ulkoplaneetat harjoittavat toistuvaa tanssia, joka 7 000 vuoden välein vie keskiplaneetan kiertoradan ympyrään.
"Tämä ominaisuus palata erittäin pyöreälle kiertoradalle on melko merkittävä ja sitä ei yleensä tapahdu", Ford sanoi. ”Luonnollinen selitys on, että ne olivat kerran molemmat pyöreällä kiertoradalla, ja yksi sai ison potkun, joka sai sen eksentriseksi. Sitten myöhempi evoluutio sai toisen planeetan kasvattamaan eksentrisyyttään, mutta energian ja kulmavirran säilymisen vuoksi se palaa ajoittain melkein pyöreälle kiertoradalle. "
Aikaisemmin tähtitieteilijät olivat ehdottaneet kahta mahdollista skenaariota Upsilon Andromedaen planeettajärjestelmän muodostukseen, mutta havaintotiedot eivät vielä olleet riittäviä näiden kahden mallin erottamiseen. Toinen tähtitieteilijä, Renu Malhotra Arizonan yliopistosta, oli aiemmin ehdottanut, että planeetan ja planeetan sironta saattoi herättää epäkeskeisyydet Upsilon Andromedaessa. Mutta vaihtoehtoinen selitys väitti, että planeettojen ja tähtiä ympäröivän kaasulevyn väliset vuorovaikutukset olisivat voineet myös tuottaa tällaisia epäkeskeisiä kiertoratoja. Yhdistämällä ylimääräisiä havaintotietoja uusiin tietokonemalleihin, Ford ja hänen kollegansa pystyivät osoittamaan, että vuorovaikutukset kaasulevyn kanssa eivät olisi tuottaneet havaittuja kiertoratoja, mutta vuorovaikutus toisen planeetan kanssa tuottaisi ne luonnollisesti.
"Tärkein erottava piirre noiden teorioiden välillä oli se, että vuorovaikutukset ulkoisen levyn kanssa aiheuttaisivat kiertoratojen muutoksen erittäin hitaasti, ja vahva vuorovaikutus ohitse kulkevan planeetan kanssa aiheuttaisi kiertoratojen muutoksen erittäin nopeasti verrattuna 7000 vuoden aika-asteikkoon. kiertoradat kehittyvät ”, Ford sanoi. "Koska nämä kaksi hypoteesia antavat erilaisia ennusteita järjestelmän kehitykselle, voimme rajoittaa järjestelmän historiaa nykyisten planeetta kiertoratojen perusteella."
Ford kertoi, että koska planeetat muodostuivat kaasu- ja pölylevyn sisälle, planeettojen veto olisi pitänyt kiertoradaltaan pyöreänä. Pölyn ja kaasun haihtumisen jälkeen vain vuorovaikutus ohitse kulkevan planeetan kanssa olisi kuitenkin voinut luoda tänään havaittujen kahden ulkoapälannen erityiset kiertoradat. Ehkä, hän huomautti, häiritsevä planeetta tunkeutui sisäplaneetoihin vuorovaikutuksessa muiden planeettojen kanssa, jotka ovat kaukana keskitähtiä.
Siitä huolimatta, että se alkoi, syntyneet kaoottiset vuorovaikutukset olisivat luoneet erittäin eksentrisen kiertoradan kolmannelle planeetalle, joka sitten myös vähitellen häiriintyi toisen planeetan kiertoradalla. Koska ulompi planeetta hallitsee järjestelmää, ajan kuluessa se häiriintyi keskiplaneetan kiertoradalla niin paljon, että se myös muotoutti sen hitaasti eksentriseksi kiertoradaksi, mitä nähdään nykyään, vaikkakin noin 7000 vuoden välein, keskiplaneetta palaa vähitellen ympyrään kiertoradalla.
"Tämä tekee järjestelmästä niin erikoisen", sanoi Rasio. ”Tavallisesti kahden elliptisen kiertoradan välinen painovoimainen kytkentä ei koskaan tekisi yhtäkään palaamaan melkein täydelliseen ympyrään. Ympyrä on hyvin erikoinen. ”
"Alun perin tutkimuksen päätavoite oli simuloida Upsilon Andromedae-planeettajärjestelmää, ennen kaikkea sen selvittämiseksi, sijaitsevatko kaksi ulompaa planeettaa samassa tasossa kuin aurinkokunnan planeetat", kertoi Rasion kanssa alkanut Lystad. kun hän oli toisen vuoden opiskelija ja teki monia tietokoneintegraatioita osana hänen vanhempansa tutkielmansa. ”Olimme yllättyneitä huomatessamme, että monille simulaatioillemme oli vaikea sanoa, olivatko planeetat samassa tasossa johtuen siitä, että keskiplaneetan kiertorata tuli ajoittain niin melkein pyöreäksi. Kun huomasimme tämän omituisen käytöksen esiintyvän kaikissa simulaatioissamme, tunnistimme sen järjestelmän leimamerkiksi, joka oli läpikäynyt planeetta-planeetta-sironta. Tajusimme, että tapahtuu jotain paljon mielenkiintoisempaa kuin kukaan oli aiemmin löytänyt. ”
Upsilon Andromedaen ja muiden ekstrasolaaristen planeettajärjestelmien muodostumisen ja evoluution aikana tapahtuneen ymmärtäminen vaikuttaa suuresti omaan aurinkokuntamme.
"Kun huomaat, että useimmissa tunnetuissa ekstrasolaarisissa planeetoissa on erittäin epäkeskeiset kiertoradat (kuten Upsilon Andromedaen planeetat), alat ihmetellä, voisiko aurinkokuntamme olla jotain erityistä", Ford sanoi. ”Voisiko väkivaltainen planeetta-planeetan sironta olla niin yleistä, että muutama planeettajärjestelmä pysyy rauhallisena ja asuttavana? Onneksi tähtitieteilijät - UC Berkeleyn tähtitieteen professorin Geoff Marcyn johdolla - tekevät ahkerasti havaintoja, jotka lopulta vastaavat tähän jännittävään kysymykseen. ”
Tutkimusta tukivat National Science Foundation ja UC Berkeleyn Miller Institute for Basic Research.
Alkuperäinen lähde: Berkeley-lehdistötiedote
