Ученые: большинство планет во вселенной не привязаны к звездам

До половины, если не больше планет во Вселенной летают в межзвездном пространстве и не привязаны ни к одной из звезд. К такому выводу пришли ученые, просчитав на компьютере эволюции ста планетных систем, говорится их работе, выложенной в архив электронных препринтов.

Среди наименее изученных и загадочных объектов во вселенной особое место занимают так называемые блуждающие планеты или планеты-странники (также их называют планетами-сиротами, изгоями и пр.), которые стали открывать не так давно — в основном, с помощью микролинзирования, когда такие планеты, не связанные ни с какими звездами, случайно усиливают своей гравитацией свет далеких объектов.

Ученые пытаются понять, что объединяет эти странные объекты, как они рождаются и попадают в межзвездное пространство. Так, в недавнем исследовании китайские ученые показали, что такие планеты могут образовываться при столкновении протопланетных дисков вокруг молодых звезд.

В новом исследовании ученые под руководством Хариша Баскара из Израильского технологического института «Технион» решили проанализировать более традиционную гипотезу возникновения относительно легких блуждающих планет, которая гласит, что образуются они как, обычные планеты вокруг звезд, но в определенный момент выбрасываются в околозвездное пространство из-за гравитационных взаимодействий с соседними планетами.

Для этого ученые с помощью компьютерного моделирования решали классическую задачу N тел, в которой для известных масс, положений и скоростей N тел рассчитывается положение всех точек в последующие моменты времени. «Мы решали задачу N тел, чтобы понять, как свойства блуждающих планет зависят от изначального расстояния между планетами, распределения масс, больших полуосей внутренних планет, соотношений массы и радиуса, массы звезды-хозяйки, изначального числа планет в системе», — говорится в работе.

Всего были рассмотрены эволюции ста планетных систем, в которых изначальное число планет варьировалось от 3 до 10. Компьютер просчитывал эволюцию каждой планетной системы на протяжении 1 млрд лет — ранее симуляции столь длительных промежутков времени учеными не выполнялись.

Одним из выводов стала довольно высокая вероятность столкновения планет между собой в планетных системах — 40% за исследованный период. Это означает, что за миллиард лет в ста системах происходит как минимум сорок столкновений. При этом большинство столкновений происходит на ранних этапах — в первый миллион лет эволюции систем.

Но куда чаще происходят не столкновения, а выбросы отдельных планет за пределы систем — для средней системы за миллиард лет такое случается с 3,5 планет (от 1 до 8), чаще всего — в первые 100 млн эволюции. «Мы выяснили, что в целом в зависимости от изначального числа планет в системах, 40-80% планет выбрасываются из них», — говорится в статье. Если это так, то до половины если, если не больше, планет во вселенной выбрасываются из своих систем и летают в межзвездном пространстве, не привязанные ни к одной из звезд.

Расчеты показали, что любая планета в системе, независимо от мета своего положения, может в определенный момент оказаться выброшенной за ее пределы. При этом такие планеты получают относительно небольшую добавочную скорость, 2-6 километра в секунду. Для сравнения, скорость Земли по орбите вокруг Солнца — свыше 30 км/с.

«Мы показали, что в общем, планеты на более близких орбитах к звезде, выбрасываются первыми», — пишут авторы.

Выяснилось, что в системах с наименьшим числом планет период нестабильности, когда выбрасывается больше всего планет, заканчивается через 100 млн лет. Системы же с десятью планетами остаются нестабильными и через миллиард лет, и в целом на такие системы приходится 70% всех выброшенных планет — в основном небольших, с малой массой.

Наконец, ученые подсчитали, что число уже известных ученым блуждающих планет в галактике соответствует ситуации, при которой каждая звезда в Млечном пути должна иметь в среднем от 5 до 10 планет, что в целом согласуется с наблюдениями и делает Солнечную систему с ее 8 планетами типичной для галактики.