Астрономы показали, почему в системе TRAPPIST-1 планеты лежат точно в одной плоскости

Планеты в системе TRAPPIST-1 находятся очень близко друг к другу и практически в одной плоскости. Ученые теперь выяснили, почему небесные тела не изменили свое положение в результате гравитационного взаимодействия.

В Солнечной системе, которая кажется плоской, орбиты небесных тел на самом деле отличаются на несколько градусов. Но в TRAPPIST-1 они лежат практически точно в одной плоскости. Теперь ученые нашли объяснение этому

Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца более-менее в одной плоскости. Если взять орбиту Земли за ноль, то сильнее всего окажется наклонена орбита Меркурия — на целых 7 градусов. При этом угол наклона орбиты карликовой планеты Плутон составляет 17,2 градуса. Орбитальные характеристики планет развиваются по мере рассеивания протопланетного диска из газа и пыли, а также по мере того, как сами молодые планеты мигрируют в диске в результате взаимного гравитационного воздействия и аккреции материала диска. Поэтому астрономы признают, что орбитальный облик планетной системы отражает ее эволюционную историю.

Планеты обычно рождаются в одной плоскости из-за формы протопланетного диска, но со временем они мигрируют и их орбиты могут наклоняться. Но в системе TRAPPIST-1, которая состоит из семи планет размером с Землю и находится примерно в 40 световых годах от Солнца, самый большой угол наклона орбиты относительно плоскости составляет 0,072 градуса. 

Тот факт, что все планеты системы лежат в практически точно в одной плоскости потенциально является очень важным ограничением для ее формирования и эволюции. Система также очень компактна — самая удаленная из ее семи планет вращается всего в 0,06 астрономических единиц от звезды (в нашей Солнечной системе Меркурий вращается более чем в пять раз дальше). В такой плотно упакованной конфигурации взаимное гравитационное притяжение планет будет особенно сильно влиять на такие детали, как наклон орбиты.

Авторы новой работы создали 3D-компьютерное моделирование газового диска и планет для изучения ряда возможных моделей формирования TRAPPIST-1, включая несколько предложенных в предыдущих исследованиях вариантов. Зная, что газообразный протозвездный диск влияет на миграционные свойства планет, ученые также были особенно заинтересованы в изучении того, какой могла быть минимальная масса газопылевого диска в TRAPPIST-1. 

Ученые адаптировали компьютерный код AREPO, который в прошлом успешно использовался главным образом для космологического моделирования. Анализ показал, что, в соответствии с некоторыми более ранними исследованиями, семь планет в системе, вероятно, формировались последовательно, каждая изначально находилась на таком расстоянии от звезды, где температура позволяет поддерживать жидкую воду, а затем она постепенно приближается к звезде, «подталкиваемая» следующими небесными телами, формирующимися за ней.

Статья об открытии опубликована в The Astrophysical Journal.