Задача трех тел: открыта планетная система с крайне хаотичными орбитами

Большинство планетных систем во Вселенной кажутся статичными — их эволюция растягивается на миллионы лет, оставляя исследователям лишь «стоп-кадры» истории. Однако система TOI-201, подробно описанная командой астрономов из Университета Нью-Мексико в журнале Science Advances, стала редким исключением. Ученые обнаружили динамичный мир, где орбиты небесных тел смещаются так быстро, что это заметно в масштабе человеческой жизни.

Суперземля, юпитер и коричневый карлик

Система TOI-201 состоит из трех крайне непохожих друг на друга объектов и одной звезды (желто-белый карлик чуть горячее нашего Солнца, массой больше на треть):

1. Суперземля (TOI-201 d): каменистая планета в 1,4 раза больше Земли и в 6 раз массивнее. Она совершает оборот вокруг светила всего за 5,85 дня. Из-за близости к звезде на ее поверхности слишком жарко для существования жидкой воды.
2. «Теплый Юпитер» (TOI-201 b): газовый гигант в половину массы Юпитера с периодом обращения 53 дня. Такие планеты крайне интересны науке, так как до сих пор неясно, как они мигрируют на свои орбиты.
3. Коричневый карлик (TOI-201 c): самый массивный объект системы (в 13 раз тяжелее Юпитера). Он движется по вытянутой эллиптической орбите с периодом около 8 лет.

Именно коричневый карлик является «гравитационным дирижером» системы. TOI-201 c стал уникальным открытием: это объект с самым длинным периодом обращения среди всех известных транзитных коричневых карликов (тех, что проходят непосредственно перед диском звезды).

Именно его мощное притяжение определяет сложную и быстро меняющуюся структуру орбит всех остальных планет в этой системе. Коричневый карлик — самый массивный объект в системе. Из-за огромной массы и сильно вытянутой (эксцентричной) орбиты он оказывает доминирующее влияние на внутренние планеты. Карлик «раскачивает» орбиты внутренней суперземли и теплого Юпитера. Это приводит к периодическому обмену между наклонением (углом орбиты) и эксцентриситетом (степенью вытянутости орбиты) планет.

Гравитационный хаос

Главная особенность TOI-201 — экстремальная динамика.

Орбиты планет в этой системе не лежат в одной плоскости, как в нашей Солнечной системе.

• Взаимное наклонение между теплым Юпитером и коричневым карликом составляет около 13,4°.
• Между суперземлей и карликом этот угол еще больше — почти 42°.

Орбиты трех тел наклонены друг относительно друга, что вызывает сильное гравитационное взаимодействие. Объекты буквально перетягивают друг друга, меняя ориентацию своих путей в пространстве.

«Это одна из немногих систем, где мы можем наблюдать активное изменение орбит в реальном времени», — поясняет ведущий автор исследования Исмаэль Мирелес.

Последствия этого танца поразительны: через 200 лет суперземля перестанет проходить перед диском звезды (транзит прекратится). Еще через пару столетий «исчезнет» теплый Юпитер, а затем и коричневый карлик. Спустя тысячи лет, пройдя цикл изменений, они снова вернутся в транзитную конфигурацию. Карлик буквально «уводит» их с линии нашего обзора, чтобы через тысячи лет вернуть обратно.

Загадка рождения

Система бросает вызов теории формирования планет. Если небесные тела рождаются из одного газопылевого диска, их орбиты должны лежать в одной плоскости (как в нашей Солнечной системе). То, что в TOI-201 они сильно наклонены, указывает на бурное и хаотичное прошлое.