Генетический код планетных систем: как звезда-родитель определяет судьбу миров

О том, как ребёнок будет стареть, многое можно сказать, взглянув на его родителей, — и, как выясняется, это может быть верно и для планетных систем. Учёные провели космическую генеалогию планетных систем в Млечном Пути, обнаружив две различные «семьи», которые влияют на эволюцию и судьбу этих систем.

Исследовательская группа под руководством специалистов из Итальянского национального института астрофизики (INAF) изучила 300 наиболее хорошо изученных мультипланетных систем из более чем 1000, обнаруженных астрономами в Млечном Пути.

Работа команды проясняет, как окружение вокруг молодых звёзд напрямую влияет на судьбу планет и, в свою очередь, на выживание экзопланет, потенциально способных поддерживать жизнь. Это может оказаться критически важным по мере того, как астрономы ищут жизнь за пределами Солнечной системы, указывая им на системы с потенциально обитаемыми планетами, подобными Земле.

«Основной вопрос, с которого мы начали, был таков: что определяет характеристики планетных систем в том виде, в каком мы наблюдаем их сегодня? Закладываются ли они при рождении или формируются эволюцией с течением времени? Истина, в конечном счёте, оказалась где-то посередине», — заявил член команды и исследователь INAF Диего Туррини.

«Наши результаты показывают, что существует генетическая связь между планетными системами и их звёздами, и что в зависимости от звезды, вокруг которой они рождаются, эта связь также определяет их судьбу», — добавил Туррини.

Что представляет собой генетический код планетной системы?

Первая «семья», которую идентифицировали учёные, состоит из широких массивных систем, часто с общей массой от двух до десяти масс нашей Солнечной системы. Планеты в этих системах обращаются вокруг звёзд более массивных, чем Солнце, с более низкой концентрацией элементов тяжелее водорода и гелия (которые астрономы несколько запутанно называют металлами), чем у нашей звезды.

Вторая семья — это более компактные и менее массивные системы. Их члены состоят из планет сопоставимых масс и размеров — так называемая конфигурация «горошины в стручке». Они обращаются вокруг звёзд с массой и металличностью равными или меньшими, чем у Солнца, причём орбиты обычно гораздо более тесные, чем у Меркурия — ближайшей к Солнцу планеты.

Одним из «генов», которые Туррини и его коллеги выбрали для классификации планетных систем по семьям, стали отклонения планет от движения по одной и той же круговой плоскости вокруг своей звезды. Это, в свою очередь, раскрывает семейную историю насильственной гравитационной нестабильности, вызванной такими событиями, как гигантские столкновения и выбросы планет.

Как обнаружили исследователи, насильственные события были обычным явлением для первой семьи, но гораздо менее характерными для второй группы планетных систем. Они определили, что количество таких турбулентных событий, переживаемых планетной системой, может быть связано даже с умеренными вариациями в среде, в которой формируются планеты. Эти вариации возникают из-за различных свойств звезды-родителя таких систем.

Таким образом, природа звезды в этих системах не просто фундаментально меняет формирование планет в её системе; она влияет на будущую эволюцию системы, определяя, будет ли она характеризоваться фазами выраженной нестабильности и гигантских столкновений.

Иллюстрация показывает столкновение двух планет. Такие столкновения могут быть более распространены вокруг определённых типов звёзд (Фото: Robert Lea, создано с помощью Canva)

«Основная трудность при анализе данных заключалась в том, чтобы определить, являются ли две семьи планетных систем реальными или всего лишь иллюзией, созданной технологическими ограничениями современных методов наблюдения», — сказала член команды Камилла Даниэльски из Университета Валенсии в Испании.

«В конце пути стало ясно, что эффекты отбора действовали как верхушка айсберга, выявляя существование гораздо более глубоких структурных различий между этими системами», — сказала Даниэльски.

Учёные проверили свои выводы, запустив симуляции эволюции планетных систем, все из которых начинались с различных начальных условий.

«Сценарии, которые лучше всего воспроизводят динамические свойства семьи широких и массивных систем, — это те, в которых системы нестабильны с рождения, — сказал научный руководитель и исследователь INAF Данаи Полихрони. — Большее изобилие материала, из которого формируются планеты вокруг их родительских звёзд, заставляет их рождаться слишком большими, не позволяя системе оставаться стабильной».

Исследование команды было опубликовано во вторник (13 октября) в журнале Nature Astronomy.

Источники: Space.com, Nature Astronomy, Итальянский национальный институт астрофизики (INAF), Университет Валенсии.