5.6K
Когда в феврале NASA объявило о своем открытии системы TRAPPIST-1, это не без оснований вызвало настоящий переполох. Три из семи планет размером с Землю лежат в обитаемой зоне, то есть они могут иметь подходящие для жизни условия.
Но одна из главных загадок в первоначальном исследовании заключалась в том, что система TRAPPIST-1 казалась неустойчивой.
«Если вы моделируете систему, планеты начинают врезаться друг в друга менее чем через миллион лет. Это может показаться большим периодом, но на самом деле просто астрономический миг. Нам бы очень повезло, если бы мы обнаружили TRAPPIST-1 на заре распада системы, поэтому должна быть причина, по которой она остается стабильной», – говорит Дан Тамайо, постдокторант Центра планетарной науки Скарборо Университета Торонто (Канада).
Похоже, Тамайо и его коллеги нашли причину. В исследовании, опубликованном в журнале Astrophysical Journal Letters, они описывают планеты в системе TRAPPIST-1 как нечто, называемое «резонансной цепью», что может сильно стабилизировать систему.
В резонансных конфигурациях орбитальные периоды планет формируют отношения целых чисел. Это очень технический принцип, хорошим примером которого являются три оборота Нептуна вокруг Солнца за время, которое потребуется Плутону для двух. Это хорошо для Плутона, потому что иначе его бы не существовало. Так как орбиты двух планет пересекаются, они бы сталкивались, но из-за резонанса местоположения планет относительно друг друга повторяются.
«Существует ритмичный повторяющийся шаблон, который обеспечивает стабильность системы в течение длительного периода времени», – говорит Мэтт Руссо, постдокторант в Канадском институте теоретической астрофизики.
TRAPPIST-1 использует этот принцип на совершенно другом уровне, и все семь планет находятся в цепочке резонансов. Чтобы продемонстрировать эту замечательную конфигурацию, Тамайо, Руссо и их коллега Эндрю Сантагида создали анимацию, в которой планеты играют свою ноту на фортепьяно каждый раз, когда они проходят перед звездой, а барабан бьет каждый раз, когда планета обгоняет ближайшего соседа. Поскольку периоды планет являются простыми отношениями друг друга, их движение создает устойчивый повторяющийся узор, подобный музыке.
«Большинство планетных систем подобны музыкантам-любителям, которые играют с разной скоростью. TRAPPIST-1 – это супергруппа, в которой все семь членов синхронизируют свою музыку почти в идеальное время», – говорит Руссо. Но даже синхронные орбиты не обязательно сохраняются очень долго. Теория хаоса также требует точных орбитальных выравниваний для обеспечения устойчивости систем. Это объясняет, почему симуляции быстро привели к столкновению планет.
Дело не в том, что система обречена, а в том, что стабильные конфигурации очень точны. В настоящее время ученые не могут достаточно хорошо измерять все параметры орбит, поэтому моделируемые системы приводят к столкновениям.
Чтобы преодолеть это, Тамайо и его команда посмотрели на систему такой, какой она могла сформироваться изначально. Когда система рождалась из диска газа, планеты должны были мигрировать относительно друг друга, позволяя системе естественным образом обосноваться в устойчивой резонансной конфигурации.
«Это означает, что на ранних этапах орбита каждой планеты была настроена так, чтобы стать гармоничной по отношению к другим, так же, как инструменты настраиваются музыкальной группой прежде, чем она начнет играть. Вот почему анимация производит такую прекрасную музыку», – говорит Руссо.
Команда проверила симуляции с использованием суперкомпьютерного кластера в Канадском институте теоретической астрофизики и обнаружила, что большинство генерируемых систем оставалось стабильным до конца симуляции, что примерно в 100 раз дольше, чем в моделировании, описанном в оригинальной исследовательской статье о TRAPPIST-1.
«Кажется поэтичным, что особая конфигурация, которая может создавать такую замечательную музыку, также может отвечать за выживаемость системы», — говорит Тамайо.