Πιστωτική εικόνα: NWU
Οι περίεργες τροχιές τριών πλανητών που περιστρέφονται γύρω από ένα μακρινό αστέρι μπορούν να εξηγηθούν μόνο εάν ένας αόρατος τέταρτος πλανήτης γκρεμίστηκε και τους έβγαλε από τις κυκλικές τροχιές τους, σύμφωνα με νέα μελέτη ερευνητών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ και στο Πανεπιστήμιο Northwestern.
Το συμπέρασμα βασίζεται σε υπολογιστικές παρεκτάσεις από 13 χρόνια παρατηρήσεων των πλανητικών κινήσεων γύρω από το αστέρι Upsilon Andromedae. Υποδηλώνει ότι οι μη κυκλικές και συχνά εξαιρετικά ελλειπτικές τροχιές πολλών από τους εξωηλιακούς πλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα μπορεί να είναι το αποτέλεσμα των πλανητών που διασκορπίζονται μεταξύ τους. Σε ένα τέτοιο σενάριο, ο διαταραγμένος πλανήτης θα μπορούσε να βγει από το σύστημα εντελώς ή θα μπορούσε να κλωτσήσει σε μια μακρινή τροχιά, αφήνοντας τους εσωτερικούς πλανήτες με εκκεντρικές τροχιές.
«Αυτό είναι πιθανώς ένα από τα δύο ή τρία εξωηλιακά συστήματα που έχουν τις καλύτερες παρατηρήσεις και τους αυστηρότερους περιορισμούς και λέει μια μοναδική ιστορία», δήλωσε ο Eric Ford, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Μίλερ στο UC Berkeley. «Η εξήγησή μας είναι ότι η αρχική τροχιά του εξωτερικού πλανήτη ήταν κυκλική, αλλά πήρε αυτό το ξαφνικό λάκτισμα που άλλαξε μόνιμα την τροχιά του σε εξαιρετικά εκκεντρικό. Για να δώσουμε αυτό το λάκτισμα, υποθέσαμε ότι υπήρχε ένας επιπλέον πλανήτης που δεν βλέπουμε τώρα. Πιστεύουμε ότι καταλαβαίνουμε τώρα πώς λειτουργεί αυτό το σύστημα. "
Εάν ένας τέτοιος πλανήτης είχε τακτοποιήσει το ηλιακό μας σύστημα νωρίς στην ιστορία του, σημείωσαν οι ερευνητές, οι εσωτερικοί πλανήτες ενδέχεται να μην έχουν τώρα τόσο όμορφες κυκλικές τροχιές και, με βάση τις τρέχουσες υποθέσεις σχετικά με την προέλευση της ζωής, το κλίμα της Γης μπορεί να έχει πολύ διακυμάνσεις για να έχει προκύψει ζωή.
«Ενώ οι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα παραμένουν σταθεροί για δισεκατομμύρια χρόνια, αυτό δεν συνέβη για τους πλανήτες σε τροχιά γύρω από την Upsilon Andromedae», δήλωσε ο Ford. «Ενώ αυτοί οι πλανήτες μπορεί να είχαν σχηματιστεί παρόμοια με τον Δία και τον Κρόνο, οι τρέχουσες τροχιές τους σμιλεύτηκαν από μια ύστερη φάση χαοτικών και βίαιων αλληλεπιδράσεων».
Σύμφωνα με τον συνάδελφο της Ford, Frederic A. Rasio, αναπληρωτή καθηγητή φυσικής και αστρονομίας στο Northwestern, «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ένας απλός μηχανισμός, που συχνά ονομάζεται« σκέδαση πλανήτη-πλανήτη »- ένα είδος επίδρασης σφεντόνας λόγω της ξαφνικής βαρυτικής έλξης μεταξύ δύο πλανήτες όταν έρχονται πολύ κοντά ο ένας στον άλλο - πρέπει να είναι υπεύθυνοι για τις εξαιρετικά εκκεντρικές τροχιές που παρατηρούνται στο σύστημα Upsilon Andromedae. Πιστεύουμε ότι η διασπορά πλανήτη-πλανήτη συνέβη συχνά σε εξωηλιακά πλανητικά συστήματα, όχι μόνο σε αυτό, που οφείλεται σε ισχυρές αστάθειες. Έτσι, ενώ τα πλανητικά συστήματα γύρω από άλλα αστέρια μπορεί να είναι κοινά, τα είδη συστημάτων που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη ζωή, τα οποία, όπως και το ηλιακό μας σύστημα, πιθανώς πρέπει να παραμείνουν σταθερά σε πολύ μεγάλες χρονικές κλίμακες, μπορεί να μην είναι τόσο κοινά. "
Οι προσομοιώσεις υπολογιστών αναφέρονται στο τεύχος 14 Απριλίου του περιοδικού Nature από τους Ford, Rasio και Verene Lystad, προπτυχιακούς φοιτητές που φοιτούν στη φυσική στο Northwestern. Ο Φορντ ήταν φοιτητής του Rasio’s στο Massachusetts Institute of Technology πριν συνεχίσει τις μεταπτυχιακές του σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Princeton και έφτασε στο UC Berkeley το 2004.
Το πλανητικό σύστημα γύρω από το Upsilon Andromedae είναι ένα από τα πιο μελετημένα από τα 160-ορισμένα συστήματα με πλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής έξω από το δικό μας ηλιακό σύστημα. Ο εσωτερικός πλανήτης, ένας «καυτός Δίας» τόσο κοντά στο αστέρι που η τροχιά του είναι μόνο λίγες μέρες, ανακαλύφθηκε το 1996 από τον Geoff Marcy του UC Berkeley και την ομάδα κυνηγιού του πλανήτη. Οι δύο εξωτερικοί πλανήτες, με επιμήκη τροχιά που ενοχλούν ο ένας τον άλλον έντονα, ανακαλύφθηκαν το 1999. Αυτοί οι τρεις, τεράστιοι πλανήτες σαν τον Δία γύρω από το Upsilon Andromedae αποτελούν το πρώτο εξωηλιακό σύστημα πολλαπλών πλανητών που ανακαλύφθηκε από τη φασματοσκοπία Doppler.
Λόγω της ασυνήθιστης φύσης των πλανητικών τροχιών γύρω από το Upsilon Andromedae, ο Marcy και η ομάδα του το έχουν μελετήσει έντονα, κάνοντας σχεδόν 500 παρατηρήσεις - 10 φορές περισσότερες από ό, τι για τους περισσότερους άλλους εξωηλιακούς πλανήτες που έχουν βρεθεί. Αυτές οι παρατηρήσεις, οι ταλαντώσεις στην κίνηση του αστεριού που προκαλούνται από τους πλανήτες σε τροχιά, επιτρέπουν έναν πολύ ακριβή χάρτη των κινήσεων των πλανητών γύρω από το αστέρι.
«Οι παρατηρήσεις είναι τόσο ακριβείς που μπορούμε να παρακολουθήσουμε και να προβλέψουμε τι θα συμβεί για δεκάδες χιλιάδες χρόνια στο μέλλον», δήλωσε ο Ford.
Σήμερα, ενώ ο εσωτερικός πλανήτης συσσωρεύεται κοντά στο αστέρι, οι δύο εξωτερικοί πλανήτες περιστρέφονται σε τροχιές σε σχήμα αυγού. Οι προσομοιώσεις υπολογιστών των προηγούμενων και μελλοντικών τροχιακών αλλαγών έδειξαν, ωστόσο, ότι οι εξωτερικοί πλανήτες ασχολούνται με έναν επαναλαμβανόμενο χορό που, μία φορά κάθε 7.000 χρόνια, φέρνει την τροχιά του μεσαίου πλανήτη σε κύκλο.
«Αυτή η ιδιότητα της επιστροφής σε μια πολύ κυκλική τροχιά είναι αρκετά αξιοσημείωτη και γενικά δεν συμβαίνει», δήλωσε η Ford. «Η φυσική εξήγηση είναι ότι κάποτε ήταν και οι δύο σε κυκλικές τροχιές, και κάποιος πήρε ένα μεγάλο λάκτισμα που το έκανε να γίνει εκκεντρικό. Στη συνέχεια, η επακόλουθη εξέλιξη προκάλεσε τον άλλο πλανήτη να αυξήσει την εκκεντρότητά του, αλλά λόγω της διατήρησης της ενέργειας και της γωνιακής ορμής, επιστρέφει περιοδικά σε μια σχεδόν κυκλική τροχιά. "
Προηγουμένως, οι αστρονόμοι είχαν προτείνει δύο πιθανά σενάρια για το σχηματισμό του πλανητικού συστήματος του Upsilon Andromedae, αλλά τα δεδομένα παρατήρησης δεν ήταν ακόμη επαρκή για τη διάκριση των δύο μοντέλων. Ένας άλλος αστρονόμος, ο Renu Malhotra στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, είχε προηγουμένως υποδείξει ότι η διασπορά του πλανήτη-πλανήτη θα μπορούσε να ενθουσιάσει τις εκκεντρότητες στο Upsilon Andromedae. Αλλά μια εναλλακτική εξήγηση ισχυρίστηκε ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πλανητών και ενός δίσκου αερίου που περιβάλλει το αστέρι θα μπορούσαν επίσης να έχουν παράγει τέτοιες εκκεντρικές τροχιές. Συνδυάζοντας πρόσθετα δεδομένα παρατήρησης με νέα μοντέλα υπολογιστών, ο Ford και οι συνεργάτες του μπόρεσαν να δείξουν ότι οι αλληλεπιδράσεις με ένα δίσκο αερίου δεν θα παρήγαγαν τις παρατηρούμενες τροχιές, αλλά ότι οι αλληλεπιδράσεις με έναν άλλο πλανήτη θα τις παράγουν φυσικά.
«Το βασικό χαρακτηριστικό διάκρισης μεταξύ αυτών των θεωριών ήταν ότι οι αλληλεπιδράσεις με έναν εξωτερικό δίσκο θα έκαναν τις τροχιές να αλλάξουν πολύ αργά και μια ισχυρή αλληλεπίδραση με έναν περασμένο πλανήτη θα έκανε τις τροχιές να αλλάξουν πολύ γρήγορα σε σύγκριση με την κλίμακα των 7.000 ετών για τροχιές να εξελιχθούν », είπε ο Φορντ. «Επειδή οι δύο υποθέσεις κάνουν διαφορετικές προβλέψεις για την εξέλιξη του συστήματος, μπορούμε να περιορίσουμε την ιστορία του συστήματος με βάση τις τρέχουσες πλανητικές τροχιές».
Η Ford είπε ότι καθώς οι πλανήτες σχηματίζονταν μέσα σε ένα δίσκο αερίου και σκόνης, η έλξη στους πλανήτες θα είχε κρατήσει τις τροχιές τους κυκλικές. Μόλις η σκόνη και το αέριο διαλυθούν, ωστόσο, μόνο μια αλληλεπίδραση με έναν περασμένο πλανήτη θα μπορούσε να δημιουργήσει τις συγκεκριμένες τροχιές των δύο εξωτερικών πλανητών που παρατηρούνται σήμερα. Ίσως, σημείωσε, ότι ο ενοχλητικός πλανήτης χτυπήθηκε στους εσωτερικούς πλανήτες από αλληλεπιδράσεις με άλλους πλανήτες μακριά από το κεντρικό αστέρι.
Ωστόσο, ξεκίνησε, οι προκύπτουσες χαοτικές αλληλεπιδράσεις θα είχαν δημιουργήσει μια πολύ εκκεντρική τροχιά για τον τρίτο πλανήτη, ο οποίος στη συνέχεια σταμάτησε επίσης σταδιακά την τροχιά του δεύτερου πλανήτη. Επειδή ο εξωτερικός πλανήτης κυριαρχεί στο σύστημα, με την πάροδο του χρόνου διαταράσσει την τροχιά του μεσαίου πλανήτη ώστε να το παραμορφώνει αργά και σε μια εκκεντρική τροχιά, όπως φαίνεται σήμερα, αν και κάθε 7.000 χρόνια περίπου, ο μεσαίος πλανήτης επιστρέφει σταδιακά σε κυκλικό τροχιά.
«Αυτό είναι που κάνει το σύστημα τόσο περίεργο», είπε ο Rasio. «Συνήθως, η βαρυτική σύζευξη μεταξύ δύο ελλειπτικών τροχιών δεν θα έκανε ποτέ να επιστρέψει κανείς σε έναν σχεδόν τέλειο κύκλο. Ένας κύκλος είναι πολύ ξεχωριστός. "
"Αρχικά, ο κύριος στόχος της έρευνάς μας ήταν να προσομοιώσουμε το πλανητικό σύστημα Upsilon Andromedae, ουσιαστικά προκειμένου να προσδιορίσουμε αν οι δύο εξωτερικοί πλανήτες βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο όπως κάνουν οι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα", δήλωσε ο Lystad, ο οποίος άρχισε να εργάζεται με τον Rasio όταν ήταν δευτεροετής φοιτητής και έκανε πολλές από τις ενσωματώσεις υπολογιστών ως μέρος της ανώτερης διατριβής της. «Ήμασταν έκπληκτοι που διαπιστώσαμε ότι, για πολλές από τις προσομοιώσεις μας, ήταν δύσκολο να πούμε εάν οι πλανήτες βρίσκονταν στο ίδιο επίπεδο λόγω του γεγονότος ότι η τροχιά του μεσαίου πλανήτη έγινε περιοδικά τόσο πολύ κυκλική. Μόλις παρατηρήσαμε ότι αυτή η παράξενη συμπεριφορά υπήρχε σε όλες τις προσομοιώσεις μας, την αναγνωρίσαμε ως ένα σήμα κατατεθέν ενός συστήματος που είχε υποστεί σκέδαση πλανήτη-πλανήτη. Συνειδητοποιήσαμε ότι υπήρχε κάτι πολύ πιο ενδιαφέρον από ό, τι είχε βρει κανείς πριν. "
Η κατανόηση του τι συνέβη κατά τη δημιουργία και την εξέλιξη των Upsilon Andromedae και άλλων εξωηλιακών πλανητικών συστημάτων έχει σημαντικές επιπτώσεις στο δικό μας ηλιακό σύστημα.
«Μόλις συνειδητοποιήσετε ότι οι περισσότεροι από τους γνωστούς εξωηλιακούς πλανήτες έχουν εξαιρετικά εκκεντρικές τροχιές (όπως οι πλανήτες στο Upsilon Andromedae), αρχίζετε να αναρωτιέστε εάν μπορεί να υπάρχει κάτι ιδιαίτερο για το ηλιακό μας σύστημα», δήλωσε ο Ford. «Θα μπορούσε η βίαιη διασπορά του πλανήτη να είναι τόσο συχνή που λίγα πλανητικά συστήματα να παραμένουν ήρεμα και κατοικήσιμα; Ευτυχώς, οι αστρονόμοι - με επικεφαλής τον Geoff Marcy, καθηγητή αστρονομίας στο UC Berkeley - κάνουν επιμελώς τις παρατηρήσεις που τελικά θα απαντήσουν σε αυτό το συναρπαστικό ερώτημα. "
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Miller Institute for Basic Research του UC Berkeley.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων Berkeley
