Katedra fyziky FPV UKF v Nitre

Predstava umelca.

Poďakovanie: Image by Sylwia Walerys / Northwestern University

Nezvyčajné orbity troch planét krúžiacich okolo vzdialenej hviezdy môžu byť vysvetlené len ak sa štvrtá, neviditeľná planéta zamotala medzi ne a vykopla ich z ich kruhových orbít v zhode s novým výskumom vedcov z Californskej Univerzity, Berkeley a Severozápadnej Univerzity.

Závery na základe počítačových extrapolácií z 13 ročného pozorovania pohybu planét okolo hviezdy Upsilon Andromedae naznačili, že často silne eliptické orbity väčšiny týchto doteraz známych planét nachádzajúcich sa mimo našej slnečnej sústavy môžu byť výsledkom vypudenia jedna druhej. V tomto hrôzostrašnom scenári môže byť planéta úplne vystrelená zo systému alebo môže byť vykopnutá na ďalekú orbitu nechajúc vnútorné planéty na excentrických dráhach.

Animácia ukazujúca pravdepodobný vývoj extrasolárneho systému Upsilon Andromedae. (QuickTime Player) Poďakovanie: UC Berkeley

"Toto je možno jeden z dvoch alebo troch extrasolárnych systémov, ktorý má najlepšiu pozorovateľnosť a najstriktnejšie podmienky a hovorí o unikátnom príbehu," povedal Eric Ford, Millerov kolega v UC Berkeley. "Naše vysvetlenie spočíva v tom, že originálne dráhy vonkajších planét boli kružnicové, ale dostali náhle kopanec a ich dráhy sa zmenili na silne excentrické. Naša hypotéza na urobenie takéhoto kopanca je, že tam bola ešte jedna planéta, ktorú my teraz už nemôžeme vidieť. Veríme, že teraz už rozumieme tomu ako tento systém pracuje."

Ak by takáto planéta preletela cez našu slnečnú sústavu v jej skorej histórii, poznamenali vedci, naše vnútorné planéty by teraz nemuseli mať tak pekné kruhové orbity. Z čoho zasa vyplýva na základe terajších predpokladov o počiatku života, že Zemská klíma by sa mohla meniť až príliš pre život, ktorý vznikol.

"Kým v našom solárnom systéme zostali planéty v stabilných polohách bilióny rokov, tak v systéme Upsilon Andromedae to tomu tak nebolo," hovorí Ford. "Pokiaľ sa tieto planéty formovali podobne ako Jupiter či Saturn, ich orbity boli tvarované chaotickými a náhlymi interakciami."

V zhode s Fordovými kolegom sa pridáva profesor fyziky a astronómie z Severovýchodnej Univerzity, Frederic A. Rasio, "naše výsledky ukazujú, že jednoduchý mechanizmus často nazývaný planétovo-planétové pôsobenie - druh prakového efektu spôsobené náhlym gravitačným ťahaním medzi dvoma planétami, keď prichádzajú blízko seba - musí byť zodpovedný za veľkú excentricitu dráh pozorovaných v systéme Upsilon Andromedae. Veríme, že planétovo-planétové pôsobenie sa udialo často v tomto extrasolárnom systéme planét vychádzajúcim zo silnej nestability a nie len v tomto jednom. Planetárne systémy okolo ďalších hviezd môžu byť bežné, ale druh systému, ktorý môže poskytnúť podmienky ku vzniku života, tak ako v naše slnečnej sústave (pravdepodobne musí zostať stabilný po dlhý čas) možno nie je taký častý."

Planetárny systém okolo Upsilon Andromeda je jeden z najviac študovaných zo 160-tich známych systémov s planétami objavenými ďaleko od našej slnečnej sústavy. Vnútorná planéta "Horúci Jupiter" je tak blízko hviezdy, že jej obeh trvá len niekoľko dní. Bola objavená v roku 1996 Geoffom Marcym a jeho týmom loviacim planéty z UC Berkeley. Dve vonkajšie planéty s pretiahnutými orbitami, ktoré silne na seba pôsobili, boli objavené v roku 1999. Tieto tri obrovské planéty podobné Jupiteru okolo Upsilom Andromedae tvorili prvý extrasolárny multi-planetárny systém objavený Dopplerovovou spektroskopiou.

Kvôli nezvyčajným planetárnym dráham okolo Upsilonu Andromedae, Marcy a jeho tým ich začali intenzívne študovať. Urobili skoro 500 pozorovaní, čo je 10 krát viac ako pre väčšinu extrasolárnych planét, ktoré našli. Tieto pozorovania šklbnutí v pohybe hviezdy spôsobené obiehajúcimi planétami, umožňujú veľmi precízne zmapovať pohyb planét okolo hviezdy.

"Pozorovania sú tak precízne, že môžeme vidieť a predpovedať, čo sa stane po desiatky tisícročí v budúcnosti," hovorí Ford.

Teraz je vnútorná planéta natlačená blízko k hviezde a dve vonkajšie planéty obiehajú hviezdu po deformovaných eliptických dráhach. Počítačová simulácia ukazuje zmenu dráh a tanec vonkajších planét, ktorý raz za 7000 rokov zmení dráhu vonkajšej planéty na kružnicovú. "Táto možnosť zmeny na kružnicovú dráhu je dosť nevšedná a všeobecne sa to nestáva," hovorí Ford. "Najprirodzenejšie vysvetlenie je, že planéty boli na kružnicovej trajektórii a ich silné gravitačné pôsobenie spôsobilo vychýlenie dráhy na excentrickú. Potom následná evolúcia spôsobila, že jedna planéta zväčšovala svoju excentricitu, ale kvôli zákonu zachovania energie a momentu hybnosti sa vracala periodicky ku kružnicovej dráhe."

Astronómovia mali dva možné scenáre na formáciu planetárneho systému Upsilon Andromedae, ale získané dáta boli ešte nedostačujúce na rozhodnutie medzi týmito dvoma modelmi. Astronóm Renu Malhotra z Arizonskej Univerzity navrhol, že planétovo planétové pôsobenie mohlo spôsobiť excentricitu v Upsilon Andromedae a druhé alternatívne vysvetlenie ukazovalo, že interakcia medzi planétami a plynovým diskom obklopujúcim hviezdu mohla tiež spôsobiť takú excentrickú dráhu. Skombinovaním nových počítačových dát s novým počítačovým modelom, Ford a jeho kolegovia ukázali, že interakcia s plynovým diskom nemohla spôsobiť takúto orbitu, ale len interakcia s inou planétou.

"Kľúčový rozdiel medzi týmito dvoma teóriami je v tom, že interakcia s plynovým diskom by spôsobila zmenu orbity veľmi pomaly, na rozdiel od interakcie s míňajúcou sa planétou, ktorá mohla túto zmenu spôsobiť dosť rýchlo v porovnaní so 7000 ročnou mierkou obežnej doby," hovorí Ford. "Pretože tieto dve hypotézy majú rôzne predpovede vývoja tohto systému, my sa môžeme pozrieť na minulosť systému na základe terajších orbít planét."

Ford hovorí, že ako sa planéty formovali vnútri disku plynu a prachu spôsobilo, že zostali na kruhových dráhach. Keď sa prach a plyn rozptýlili, potom len interakcia medzi planétami mohla spôsobiť takéto orbity dvoch vonkajších planét, aké pozorujeme teraz.

Výsledná chaotická interakcia mohla vytvoriť veľmi excentrickú dráhu pre tretiu planétu, ktorá tiež pôsobila na deformáciu dráhy druhej planéty. Pretože vonkajšia planéta dominuje systému. V konečnom dôsledku zdeformovala dráhu strednej planéty do terajšej podoby. Hoci každých 7000 rokov sa stredná planéta vráti na kruhovú dráhu.

"To je to, čo robí tento systém takým nezvyčajným," hovorí Rasio. "Normálne, takéto gravitačné spojenie medzi dvoma eliptickými orbitami nespôsobí, že jedna planéta sa vráti naspäť na kruhovú dráhu."

"Skutočne hlavným cieľom nášho výskumu bolo simulovať planetárny systém Upsilon Andromedae a v podstate vysvetliť usporiadanie planét v prípade, že vonkajšie planéty ležia v rovnakej rovine ako planéty našej slnečnej sústavy," hovorí Lystad, ktorá začala pracovať s Rasiom, ako študentka druhého ročníka pri počítačových výpočtoch ako časť jej diplomovej časti. "Boli sme prekvapený, keď sme zistili, že pri veľa našich simuláciách bolo obtiažne povedať, či sú planéty v rovnakej rovine alebo nie, vrátane faktu, že orbita strednej planéty je veľmi blízko kruhovej dráhy. Keď sme započítali tento nový fakt vo všetkých našich simuláciách, vyšlo nám, že planétovo-planétové pôsobenie je to správne riešenie. Zistili sme, že toto je niečo omnoho zaujímavejšie ako hocikto zistil pred nami."

Porozumenie, čo sa deje počas formácie a evolúcie Upsilon Andromedae a iných extrasolárnych planetárnych systémov má hlavné význam pre náš solárny systém.

"Keď zistíme, že väčšina známych extrasolárnych planét má silne excentrické orbity, môžeme sa domnievať, že náš solárny systém je predsa len trochu iný."

-BL-

< Späť -- Úvodná stránka -- Ďalší >