Tatooine i problem trzech ciał. Astronomowie szukają genezy planet swobodnych w układach podwójnych

W tym artykule:

1. Skąd się biorą planety swobodne?
2. Potencjalny uciekinier z Układu Słonecznego
3. Problem trzech ciał
4. Ogromna liczba małych planet

Układy planetarne wcale nie muszą być tak stabilne, jak Układ Słoneczny. Według astronomów w naszej galaktyce może być nawet biliard (czyli 10 i 14 zer) planet swobodnych wyrwanych ze swoich układów. Nowe odkrycia, nawiązujące nazwą do gwiezdnowojennej planety Tatooine, mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego planety swobodne są tak powszechne.

Skąd się biorą planety swobodne?

Dominujący mechanizm generowania planet swobodnych do tej pory pozostawał nieuchwytny. Jeden z nich sugeruje, że planety mogą być wyrzucane z układów planetarnych w wyniku interakcji między planetami. Niestabilność wokół pojedynczej gwiazdy wymaga bardzo zwartego układu planetarnego.

– Odkryliśmy, że wokół układów podwójnych gwiazd niestabilność może wystąpić nawet w przypadku szeroko oddalonych od siebie planet, które znajdują się na nachylonych orbitach w stosunku do orbity układu podwójnego, z powodu połączonych efektów oddziaływań planeta-układ podwójny i planeta-planeta, zwłaszcza jeśli układ podwójny znajduje się na orbicie ekscentrycznej – można przeczytać w artykule opublikowanym na łamach „The Astrophysical Journal Letters”.

Badacze z angielskich i amerykańskich ośrodków naukowych uważają, że osierocone planety tworzą się wokół młodych gwiazd. Gwiazdy zasadniczo powstają z zapadającego się obłoku gazu i pyłu. Proces ten jednak nie pochłania całej materii w tym obłoku, pozostawiając gwiazdy otoczone „dyskami protoplanetarnymi”. Zbyt gęste obszary tych dysków zapadają się i powodują powstawanie planet. Około 4,6 miliarda lat temu to właśnie w taki sposób powstało Słońce i planety Układu Słonecznego.

Potencjalny uciekinier z Układu Słonecznego

Wczesny okres, tuż po uformowaniu się planet, jest bardzo niestabilny. To właśnie w takiej chwili może dochodzić do wyrzucenia planet z systemu.

Naukowcy sugerują nawet, że także z naszego układu planetarnego mogła zostać wyrzucona jedna planeta. W chaotycznym okresie zwanym „późną niestabilnością”. Układ Słoneczny mógł kiedyś mieć jeszcze jedną, obok Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna olbrzymią planetę. Mogła ona zostać przesunięta ze swojej orbity. Następnie oddziaływania grawitacyjne z innymi planetami-olbrzymami miały spowodować, że została całkowicie wygnana z Układu Słonecznego.

Dr Chen i jego zespół nie skupili się jednak na stosunkowo prostym układzie jednogwiezdnym, takim jak Układ Słoneczny, aby zbadać pochodzenie planet swobodnych. Zamiast tego skupili się na bardziej złożonych układach podwójnych gwiazd, takich jak ten widoczny na filmowym zachodzie słońca nad Tatooine.

Teoria ciemnego lasu wyjaśnia, czemu jeszcze nie spotkaliśmy kosmitów. I czemu nie powinniśmy

Słynny paradoks Fermiego fascynuje astronomów. Skoro kosmos ma prawie 14 miliardów lat, to gdzie są wszystkie obce cywilizacje? Teoria ciemnego lasu odpowiada na to pytanie – w sposób mroż..

Problem trzech ciał

– Problem trzech ciał jest znacznie bardziej skomplikowany niż ten z dwoma ciałami. Wewnętrzny układ podwójny gwiazd może wywoływać zaburzenia planetarne z powodu efektów dynamicznych. Z drugiej strony, interakcje między planetami mogą również zakłócać orbity planet – mówi Chen.

Chen i jego koledzy eksperymentowali z różnymi systemami charakteryzującymi się różnym zakresem nachylenia orbity i rozproszeniem separacji planet.

– Odkryliśmy, że masywna planeta, taka jak Jowisz, może zakłócać ruch mniejszych planet wokół układu podwójnego i wyrzucać je z układu. Może się to zdarzyć, gdy dwie planety znajdują się blisko siebie lub gdy znajdują się w okolicach orbitalnych obszarów rezonansowych – opisuje badacz.

Ogromna liczba małych planet

Naukowcy z Uniwersytetu w Leeds wyjaśnili ponadto, że poprzednie badania zespołu wykazały, że dwie planety wielkości Jowisza krążące wokół jednej gwiazdy mogą stać się niestabilne, gdy ich odległość jest bardzo mała, mniejsza niż dwie odległości między Ziemią a Słońcem.

– Początkowo myśleliśmy, że tylko dwie masywne planety krążące wokół układu podwójnego mogą zostać wyrzucone ze względu na silne efekty dynamiczne między nimi i interakcje planeta-układ podwójny. Nie spodziewaliśmy się, że małe planety mogą być wyrzucane tak wydajnie. W rezultacie, układy okołopodwójne mogą tworzyć planety swobodne o różnych masach. Małe planety są bardziej powszechne niż planety o dużej masie. W związku z tym układy te mogą przyczyniać się do wzrostu populacji planet swobodnych we Wszechświecie – podsumowuje Chen.

Źródła: The Astrophysical Journal Letters, Space.com.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.