Przejdź do treści

Czy młode planety tworzą i niszczą rezonansowe łańcuchy orbitalne?

Ilustracja układów egzoplanetarnych.

V1298 Tau to najmłodszy znany układ planetarny, zawierający kilka egzoplanet. Co symulacje mogą nam powiedzieć o prawdopodobnym uformowaniu się tego systemu?

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 milionów lat) układy z trzema lub więcej planetami, z których obecnie znamy zaledwie dwa.

Poszukiwanie stabilności
Liczący zaledwie 23 miliony lat V1298 Tau to 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 Roberta Tejady Arevala (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 skutkować obserwowanymi tranzytami. Używając tego zestawu parametrów, zespół przetestował stabilność każdego ustawienia orbitalnego. Ostatecznie autorzy stwierdzili, że tylko 1% stabilnych konfiguracji orbitalnych jest zgodnych 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 być naturalną przyczyną niestabilności łańcuchów rezonansowych. Analiza przeprowadzona przez zespół sugeruje, że niemal rezonansowa konfiguracja systemu nie stoi w sprzeczności z niestabilnością danego układu we wczesnym okresie jego istnienia.

Ostatecznie scharakteryzowanie tylko jednego układu planetarnego nie wystarczy, aby wyciągnąć wnioski na temat powstawania układów planetarnych jako takich. Trzeba wykryć więcej młodych planet – i na szczęście kilka projektów poszukiwawczych jest w toku.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: AAS

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

Reklama