RW Space

Насколько стабильны планетные системы? Будут ли Земля и семь ее братьев и сестер всегда продолжать свой устойчивый небесный путь, или однажды мы можем быть случайно изгнаны из нашего космического дома?

Физики понимают правила, управляющие орбитами двух небесных тел, но как только по мере добавления трети (не говоря уже о четвертой, пятой или сотой) динамика становится гораздо более сложной. Возникают непредсказуемые нестабильности, при которых объект может быть случайно выброшен в космос или упасть на свою родительскую звезду.

Так называемая «проблема трех тел» беспокоила ученых на протяжении веков (а в последнее время стала предпосылкой из серии бестселлеров научно-фантастических романов и новой адаптации Netflix). Одним из препятствий на пути к пониманию этого явления было то, что мы относительно мало знаем о том, насколько часто возникают такие катастрофические нестабильности.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, мы и наши коллеги пролили некоторый свет на этот вопрос. . При исследовании близлежащих звезд мы обнаружили, что примерно одна из дюжины пар звезд могла поглотить планету, вероятно, потому, что планета начала «колебаться» на своей орбите и упала на звезду.

Изучение близнецов

Наше исследование показало, что по крайней мере 8% пар звезд в нашей выборке демонстрируют химические аномалии, указывающие на то, что одна звезда поглотила планетарный материал, который когда-то вращался вокруг нее.

Чтобы обнаружить этот тонкий сигнал , нам пришлось исключить другие возможные объяснения этих химических закономерностей. Поэтому мы сосредоточились на «звездах-близнецах», которые, как известно, родились в одно и то же время из одного и того же материала.

Этот подход может устранить мешающие факторы, точно так же, как иногда используются исследования близнецов. в социологических или медицинских исследованиях.

Результат получен в результате опроса звезд-близнецов под названием C3PO, который один из авторов (Тинг) инициировал в США, а позже к ним присоединились Лю и другие.

Наша команда собрала изысканную выборку спектроскопических данных 91 пары звезд-близнецов – во много раз больше, чем аналогичные исследования, проведенные в прошлом.

Мы обнаружили, что некоторые звезды отличаются от своих близнецов, демонстрируя отчетливую химическую структуру. с более высоким содержанием определенных элементов, таких как железо, никель и титан, по сравнению с другими, такими как углерод и кислород. Эти различия указывают на убедительное свидетельство того, что звезда поглотила планету.

Нестабильность может быть неожиданно частым явлением

Если родительская звезда поглощает одного или нескольких членов планетной системы, это предполагает некоторую нестабильность. в динамике системы должно было произойти.

Моделирование предполагает, что такая нестабильность может быть обычным явлением на ранних этапах жизни планетарной системы – первые 100 миллионов лет или около того. Однако любые следы планет, поглощенных в этот ранний период, были бы необнаружимы в наблюдаемых нами звездах, которым миллиарды лет.

Это говорит о том, что химические аномалии, которые мы видели, были вызваны более поздними нестабильностями, из-за которых звезды потреблять некоторые планеты или планетарный материал.

Это открытие не является совершенно неожиданным. Теоретики, изучающие планетарную динамику, в том числе наш соавтор Бертрам Битч, отметили, что многие планетные системы, как известно, нестабильны, особенно среди систем с планетами, называемыми «супер-Землями» — планетами несколько большими, чем Земля, но гораздо меньшими по размеру. чем такие гиганты, как Юпитер.

Системы, включая планету-суперземлю, могут быть особенно нестабильными. Гравитационное перетягивание каната между родительской звездой и ее массивными планетами может привести к нестабильности.

Хрупкий баланс

Наше исследование побуждает нас пересмотреть свое место во Вселенной. Хотя мы считаем стабильность в нашей Солнечной системе само собой разумеющейся, это может быть ненормально для всего космоса.

Наше исследование не предполагает, что мы, скорее всего, увидим подобную нестабильность в нашей Солнечной системе. Однако даже с учетом наших новых результатов важно признать, что поглощение планет и нестабильность по-прежнему происходят лишь в меньшинстве случаев.

Мы надеемся, что наше исследование вдохновит больше людей на изучение планетных систем и их взаимосвязей с их ведущие звезды. Наше понимание динамики систем множества тел все еще очень неполное.

По мере того, как мы продолжаем исследовать тайны космоса, подобные исследования напоминают нам о хрупком балансе, который позволяет жизни процветать на Земле. и потенциальная хрупкость нашего космического дома.

Юань-Сен Тин, доцент кафедры астрофизики, Австралийский национальный университет, и Фань Лю, научный сотрудник, физический факультет и астрономии, Университет Монаша

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.