Wszystkie cztery planety krążące wokół gwiazdy HR 8799 zostały zidentyfikowane za pomocą metody bezpośredniego obrazowania – wyczyn możliwy dzięki temu, że planety są duże i krążą po rozległych orbitach wokół swojej gwiazdy. Układy planetarne o takich cechach często mają trudności z utrzymaniem się razem pod wpływem wszystkich oddziaływań grawitacyjnych. Jednak czy układ HR 8799 mógłby w jakiś sposób pozostać nienaruszony?
Technika obrazowania bezpośredniego polega na wykonaniu zdjęcia gwiazdy i usunięcia całego światła pochodzącego od gwiazdy, aby zobaczyć, co pozostało (oby planety). Kiedy astronomowie zastosowali tę technikę do obserwacji gwiazdy HR 8799 w podczerwieni, odkryli cztery planety, które ją okrążają.
Zdjęcia pokazują, że najbardziej wewnętrzna planeta znajduje się w przybliżeniu 16 jednostek astronomicznych od gwiazdy – nieco bliżej niż Uran od Słońca – a wszystkie planety mają okresy orbitalne od 50 do 500 lat. Astronomowie nie byli w stanie obserwować tego układu przez bardzo długi czas, więc pozostaje niepewność co do długoterminowego zachowania orbit planet w tym układzie. W rzeczywistości niektóre wcześniejsze badania sugerowały, że układ może rozpaść się w odległej przyszłości.
Jednak w niedawnym badaniu Krzysztof Goździewski i Cezary Migaszewski (Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Toruń, Polska) rozważają scenariusz, w którym HR 8799 jest w stanie pozostawać w nienaruszonym stanie – wystarczy uwzględnić rezonans ruchu średniego i orbity okresowe.
Kiedy orbitujące ciała znajdują się w rezonansie ruchu średniego, stosunek ich okresów orbitalnych jest małym współczynnikiem liczby całkowitej. Istnieją przykłady rezonansów ruchu średniego w Układzie Słonecznym: Neptun i Pluton są w rezonansie 3:2 (na 3 obiegi Neptuna wokół Słońca przypadają 2 obiegi Plutona wokół Słońca), a księżyce Jowisza Io, Europa i Ganimedes są w rezonansie 4:2:1.
Goździewski i Migaszewski już wcześniej pokazali, że cztery planety krążące wokół HR 8799 mogą mieć stabilny rezonans ruchu średniego 8:4:2:1. W tym badaniu ponownie przyjrzeli się temu rezonansowi planet HR 8799 w kontekście orbit okresowych, gdzie poszczególne elementy związane z orbitami planet zmieniają się okresowo w czasie.
Goździewski i Migaszewski wykorzystali obserwacje z określonego punktu do stworzenia wstępnego modelu układu HR 8799. Następnie pozwolili układowi ewoluować w warunkach rezonansu ruchu średniego i orbit okresowych. Powstały model nie tylko był zgodny z pomiarami układu wykonanymi od czasu początkowej obserwacji, ale można go również wykorzystać do określenia mas planet HR 8799. Potrzeba tylko jeszcze kilku przyszłych obserwacji.
HR 8799 może mieć jeszcze inne planety, które znajdują się bliżej niej niż cztery znane. Jednak nie mogą one drastycznie kolidować z rezonansem ruchu średniego w układzie. W każdym razie HR 8799 jest dobrym poligonem doświadczalnym dla teorii formowania się planet – trzeba tylko mieć na nie oko!
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Holding the System of HR 8799 Together
An Exact, Generalized Laplace Resonance in the HR 8799 Planetary System
Źródło: AAS
Na ilustracji: Układ HR 8799 widziany przez teleskop Keck II. Planety są wyróżnione strzałkami pokazującymi kierunek, w którym poruszają się po swoich orbitach. Źródło: NRC-HIA, C. Marois, and Keck Observatory.
