V1298 Тау — самая молодая из известных планетных систем, содержащая несколько экзопланет. Что моделирование может сказать нам о том, как эта система, вероятно, сформировалась?
Погоня за молодыми планетными цепями
Одна из многих загадок в изучении планетных систем заключается в том, как они формируются. Некоторые теории предполагают, что движение молодых планет по протопланетному диску заставляет планеты образовывать резонансные цепочки — системы, в которых периоды обращения планет кратны друг другу. Примером такой системы являются спутники Юпитера: Ганимед, Европа и Ио. Орбитальные периоды Европы и Ганимеда соответственно в два и в четыре раза больше, чем у Ио.
Однако наблюдения показывают, что менее 1% зрелых планетарных систем выстраиваются в резонансных цепочках. Чтобы понять, формируются ли планеты, а затем разрываются ли резонансные цепи — или эти цепи вообще образуются — нам нужно изучить молодые (<100 миллионов лет) системы с тремя или более планетами, из которых мы в настоящее время знаем только две.
В поисках стабильности
V1298 Тау, возраст которой всего 23 миллиона лет, является самой молодой многопланетной системой из когда-либо обнаруженных. Учитывая орбитальные периоды четырех известных планет в этой системе — около 8, 12, 24 и 50 дней — некоторые исследователи предположили, что планеты в этой системе расположены в резонансной цепочке. Чтобы проверить эту теорию, группа астрономов под руководством Роберто Техада Аревало (Принстонский университет) включила новые оценки массы планеты в динамическую модель, чтобы проверить стабильность существующей системы и изучить истинные орбитальные свойства системы.
В своем анализе Техада Аревало и его коллеги использовали наблюдения за транзитом планет , сделанные миссиями Kepler и TESS , чтобы ограничить возможные параметры орбиты системы. Транзиты, захваченные Kepler и TESS, дают нам только снимки поведения системы, а параметры орбиты могут колебаться во времени, поэтому авторы статьи определил набор параметров орбиты, которые могли привести к наблюдаемым транзитам. Используя этот набор параметров, команда проверила стабильность каждого орбитального выравнивания. В конечном итоге авторы пришли к выводу, что только 1% стабильных орбитальных конфигураций, которые могли генерировать наблюдения, соответствовали резонансной цепочке, что делает маловероятным, что планеты V1298 Tau были расположены в этой конфигурации.
Поиск решения, которое резонирует
Что говорят эти результаты о возможном образовании, а затем разрыве резонансных цепей в молодых планетных системах? Отсутствие системы резонансных цепочек в системе V1298 Tau предполагает, что либо планеты никогда не были в такой конфигурации, либо цепочка была разорвана на раннем этапе формирования системы. Рассеяние протопланетного диска, которое обычно происходит всего через несколько миллионов лет, может быть естественным средством от нестабильности резонансной цепи. Анализ группы предполагает, что почти резонансная конфигурация системы согласуется с нестабильностью в начале ее существования.
В конечном счете, характеристики только одной планетной системы недостаточно, чтобы делать выводы о формировании планетных систем в целом. Для этого нам потребуется больше обнаружений молодых планет — и, к счастью, некоторые поиски уже ведутся.