Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Вторая и третья планеты, если считать от звезды (Ипсилон Андромеды A c и d), движутся по эллиптическим орбитам с большими величинами эксцентриситета, составляющими 0,26 и 0,3 соответственно. По сравнению с эксцентриситетами HD 80606 b и HD 20782 b эти цифры кажутся ничем не примечательными. Но стоит обратить внимание на наклонение орбит, как понимаешь, насколько они неординарны. Не совпадают не только плоскости обращения планет и плоскость вращения звезды, но даже и плоскости обращения самих планет: взаимное наклонение двух орбит составляет 30 градусов. Для сравнения: угол между орбитальными плоскостями планет в Солнечной системе обычно не превышает 2 градусов. Даже орбита Меркурия при величине эксцентриситета 0,21 имеет весьма умеренное наклонение 7 градусов. Разница в 30 градусов означает, что массивные планеты обращаются вокруг своей звезды в совершенно разных направлениях, что характерно не столько для планет, сколько для крупных комет.

Каково происхождение столь больших значений эксцентриситета и колоссального разброса наклонений? Сначала подозрение в очередной раз пало на механизм Козаи — Лидова. Как следует из ее названия, Ипсилон Андромеды A — компонент двойной звезды. Ее компаньон Ипсилон Андромеды B представляет собой красный карлик намного меньшего размера. Пара движется на относительно большом расстоянии друг от друга, однако точно вычислить дистанцию между ними не удается из-за яркого блеска Ипсилон Андромеды A, который не дает проследить движение по небу менее яркой второй звезды. Расстояние между звездами может составлять от 700 а.е. до 30 000 а.е. Однако ни при одном значении из этого диапазона влияние небольшой Ипсилон Андромеды B не будет достаточно сильным, чтобы вызвать такой хаос в орбитах планет вокруг ее компаньона. В данном случае вторая звезда оказалась ни при чем.

Таким образом, сами планеты стали подозреваемыми. Несмотря на очевидную разницу в размерах при сравнении со звездой, миры столь колоссальных масс вполне могут спровоцировать мощный гравитационный толчок. Не сталкиваемся ли мы с той же ситуацией, что и в случае с двумя карликовыми планетами и далекими газовыми гигантами вокруг звезды HR 8799? Правда, в данном случае результатом стало не рассеивание планет, а хаос их орбит.

Чтобы набрать свои огромные массы, планеты должны были зародиться в протопланетном диске на орбитах, близких к круговым. Кроме того, являясь газовыми гигантами, они должны были формироваться намного дальше к краю системы, чем та область, где они находятся сейчас. В противном случае, они бы не смогли быстро обрасти массой за счет льдов. Таким образом, ранние этапы формирования этой системы должны были походить на историю нашей Солнечной системы, то есть массивные планеты там имели небольшие значения эксцентриситета и наклонения и находились на большом расстоянии от звезды.

По мере роста массы планеты должны были начать миграцию по направлению к звезде. Когда они приблизились к той области, где находятся сейчас, газовый диск рассеялся, и миграция остановилась. С исчезновением газа исчезли и силы сопротивления, поддерживавшие круговые орбиты планет. В итоге планеты оказались подвержены влиянию сил притяжения со стороны своих близких собратьев-гигантов. Хотя мы не можем знать наверняка, что произошло потом, весьма вероятно, что планету d, словно машинку на детском автодроме, подтолкнул какой-то другой объект.

Подтолкнувшей ее «машинкой» могла стать еще одна планета, которая первоначально входила в состав системы. В результате взаимного притяжения планета d и этот предполагаемый мир начали двигаться с большей скоростью по направлению друг к другу. При этом планета d перешла на более вытянутую орбиту, а нарушитель ее покоя оказался катапультирован за пределы системы.

Сойдя с ровной круговой орбиты, планета d начала притягивать планету c, что со временем привело к изменению орбиты соседа. Любопытно, что орбита планеты c не фиксированная: в процессе постоянного взаимодействия с планетой d она то возвращается на круговую траекторию, то переходит на вытянутую, наклоненную орбиту. Продолжительность такого цикла смены орбит составляет приблизительно 10 000 лет.

Такая игра в гравитационный пинбол, в котором соперники — это планеты, позволяет нам лучше понять процесс планетообразования: сформировавшись, планетные системы не застывают навечно. Подобно участникам телевизионного реалити-шоу, покидающим его по результатам голосования, некоторые планеты могут быть выброшены из системы при взаимодействии с другими ее компонентами.