Czy młode planety tworzą i niszczą rezonansowe łańcuchy orbitalne?

V1298 Tau to najmłodszy znany układ planetarny zawierający kilka egzoplanet. Co symulacje mogą nam powiedzieć o tym, jak ten system prawdopodobnie się uformował?

Ilustracja układów egzoplanetarnych. Źródło: ESA–C. Carreau.

Pogoń za młodymi łańcuchami planetarnymi
Jedną z wielu tajemnic w badaniu układów planetarnych jest sposób ich powstawania. Niektóre teorie sugerują, że ruch młodych planet w dysku protoplanetarnym powoduje, że planety tworzą łańcuchy rezonansowe – układ, w którym okresy orbitalne planet są swoimi całkowitymi wielokrotnościami. Przykładem takiego układu są księżyce Jowisza: Ganimedes, Europa i Io. Okresy orbitalne Europy i Ganimedesa są odpowiednio dwa i cztery razy dłuższe od okresu orbitalnego Io.

Obserwacje pokazują jednak, że mniej niż 1% dojrzałych systemów planetarnych układa się w łańcuchy rezonansowe. Aby zrozumieć, czy planety tworzą, a następnie przerywają łańcuchy rezonansowe – lub czy te łańcuchy w ogóle się tworzą – musimy zbadać młode (<100 mln lat) układy z trzema lub więcej planetami, z których obecnie znamy zaledwie dwa.

Poszukiwanie stabilności
Mając zaledwie 23 miliony lat, V1298 Tau gości najmłodszy odkryty do tej pory układ wieloplanetarny. Biorąc pod uwagę okresy orbitalne czterech znanych planet w tym układzie – około 8, 12, 24 i 50 dni – niektórzy badacze sugerowali, że planety w tym układzie są ułożone w łańcuch rezonansowy. Aby sprawdzić tę teorię, zespół astronomów pod kierownictwem Roberto Tejady Arevalo (Uniwersytet Princeton) włączył nowe oszacowania mas planet do modelu dynamicznego, aby sprawdzić stabilność obecnego układu i zbadać prawdziwe właściwości orbitalne układu.

W swojej analizie Tejada Arevalo i współpracownicy wykorzystali obserwacje tranzytów planet wykonane przez misje Kepler i TESS, aby ograniczyć możliwe parametry orbitalne układu. Tranzyty uchwycone przez Keplera i TESS dają nam tylko migawki zachowania układu, a parametry orbitalne mogą oscylować w czasie, więc autorzy pracy wyznaczyli zestaw parametrów orbitalnych, które mogą prowadzić do obserwowanych tranzytów. Używając tego zestawu parametrów, zespół przetestował stabilność każdego ustawienia orbitalnego. Ostatecznie autorzy stwierdzili, że tylko 1% stabilnych konfiguracji orbitalnych, które mogłyby wygenerować obserwacje, jest zgodny z łańcuchem rezonansowym, co czyni mało prawdopodobnym, że planety V1298 Tau są ułożone w takiej konfiguracji.

Znalezienie rozwiązania, które rezonuje
Co te wyniki sugerują na temat możliwego tworzenia – a następnie zrywania – łańcuchów rezonansowych w młodych układach planetarnych? Brak układu łańcuchów rezonansowych w układzie V1298 Tau sugeruje, że albo planety nigdy nie były w takiej konfiguracji, albo przerwanie łańcucha nastąpiło we wczesnym okresie formowania się układu. Rozproszenie dysku protoplanetarnego, które zwykle następuje już po kilku milionach lat, może stanowić naturalny sposób na niestabilność łańcuchów rezonansowych. Analiza przeprowadzona przez zespół sugeruje, że niemal rezonansowa konfiguracja systemu jest zgodna z niestabilnością we wczesnym okresie jego istnienia.

Ostatecznie scharakteryzowanie tylko jednego układu planetarnego nie wystarczy, aby wyciągnąć wnioski na temat powstawania układów planetarnych jako całości. Aby to zrobić, będziemy potrzebować więcej wykryć młodych planet – i na szczęście kilka poszukiwań jest w toku.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono