Новая схема классификации объединяет похожие экзопланетные системы, чтобы помочь учёным лучше понять формирование планет, в том числе историю нашей собственной семьи миров.
Астрономы обнаружили более 300 экзопланетных систем, в которых есть три или более известных планеты. Большинство этих планет примерно одинакового размера и расположены близко друг к другу, за что их прозвали «горошинами в стручке». Они также вращаются вокруг своих звёзд, во многих случаях ближе, чем Меркурий к Солнцу.
Наша солнечная система, напротив, выглядит иначе.
«[Планетологи] считали, что наша Солнечная система не является стандартной по своим размерам», — говорит астроном Джульетт Беккер из Университета Висконсин-Мэдисон. В частности, каменистые планеты расположены не так близко друг к другу, как в других системах, между Марсом и Юпитером есть большой промежуток (главный пояс), а планеты-гиганты также не расположены очень близко друг к другу.
Но новое исследование, проведённое Беккером и группой учёных, предполагает, что наша Солнечная система не так необычна, как считалось ранее. Исследование, опубликованное в The Astronomical Journal, впервые использует весь каталог экзопланет для изучения архитектуры планетарных систем.
Как горошины в стручке
Чтобы разделить планетарные системы на группы, команда исследователей изучила как размеры экзопланет, так и соотношение их периодов обращения — количество дней, за которое планета совершает оборот вокруг своей звезды, деленное на количество дней, за которое ближайшая к звезде планета совершает оборот вокруг своей звезды, — в качестве показателя близости планет друг к другу.
В общей сложности около 80 процентов систем с тремя и более планетами относятся к категории «горошины в стручке».
“Не существует строгого критерия того, является ли что-то горошком в стручке”, - говорит Беккер.
Команда исследователей считает, что системы похожи друг на друга, даже если их планеты расположены не совсем равномерно. Например, у Кеплера-11 есть шесть известных планет, которые совершают один оборот вокруг своей звезды примерно за 10, 13, 23, 32, 47 и 118 дней (соотношение периодов составляет 1,3, 1,7, 1,4, 1,5 и 2,5 соответственно). В нашей Солнечной системе у Меркурия, Венеры, Земли и Марса соотношение периодов обращения составляет примерно 2,6, 1,6 и 1,9 соответственно.
В целом исследование показало, что наша Солнечная система вполне вписывается в категорию «горошек в стручке», предложенную командой.
Разделительная линия
В некоторых системах «горошек в стручке» также есть внешние планеты, как в нашей Солнечной системе. Выбрать правило для определения внутренних и внешних областей было непросто, но команда классифицировала внешние планеты как те, которым требуется более 130 дней, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды, и которые отделены друг от друга соотношением периодов более 5.
Эти два условия поместили некоторые планеты во внутренние области, несмотря на то, что они разделены большими промежутками. Исследователи назвали такие системы «горошинами в стручке». Например, Кеплер-62 состоит из пяти планет, которым требуется около 6, 12, 18, 122 и 267 дней, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды (соотношение периодов составляет 2,2, 1,5, 6,7 и 2,2 соответственно).
«Возможно, некоторые из этих пробелов — это планеты, которые мы ещё не обнаружили», — говорит планетолог Андре Изидоро из Университета Райса, который не участвовал в исследовании.
В некоторых системах с одной или двумя планетами, которые команда отнесла к определённым категориям, может быть больше планет размером меньше Юпитера, и, следовательно, в конечном итоге они могут быть отнесены к категории «горошины в стручке».
Команда также создала отдельную категорию под названием «системы с тёплыми Юпитерами» для тех систем, в которых есть планеты размером больше Юпитера во внутренних областях с более маленькими планетами. Дополнительное различие было сделано для того, чтобы учесть большую вариативность масс и периодов обращения этих планет.
В целом, команде удалось классифицировать около 97% планетных систем с тремя и более планетами. Схема классификации также достаточно широка, чтобы включать в себя более мелкие планеты, которые могут быть обнаружены с помощью более мощных телескопов в будущем.
Архитектура формирования планеты
Новая схема классификации также полезна для понимания того, как развиваются планетные системы. Например, команда смогла отличить системы «горошины в стручке» от систем с «тёплым Юпитером».
«Это важный шаг в попытке понять, как эти планетные системы достигают такой [как горох в стручке] предпочтительной структуры, — говорит планетолог Дэррил Селигман из Мичиганского государственного университета, который не участвовал в исследовании. — Возможно, этому препятствуют тёплые юпитеры».
«Горошины в стручке» с планетами одинакового размера также могут указывать на общий физический процесс, в ходе которого их планеты сформировались из пылевых частиц. В процессе формирования таких систем могли происходить столкновения и дальнейший рост.
«Что удивительно в этих системах, так это то, что даже если они нестабильны, они всё равно могут сохранять свою структуру, как мы видели в симуляциях», — говорит Изидоро.
Преимущество разделения систем на группы также заключается в выявлении отклонений, которые могут побудить исследователей задуматься об уникальных процессах формирования и эволюции планет.
Например, TRAPPIST-1 и Кеплер-42 — это миниатюрные системы «горошины в стручке», в последней из которых планеты совершают один оборот менее чем за два дня.
«Нарушение схемы классификации иногда способствует развитию науки», — говорит Селигман.
На сегодняшний день было приложено много усилий для классификации почти 6000 обнаруженных экзопланет по размеру и периоду обращения. Но изучение их систем как объектов было ограничено.
«На самом деле очень сложно собрать достаточно данных о планетах, чтобы начать формировать категории и попытаться понять, какие группы планет существуют, — говорит Беккер. — Мы действительно живём в захватывающее время».