Астрономія
Астрономія

Перетворення зірки на білий карлик зруйнує резонанс у системі з чотирма планетами

Астрономи змоделювали майбутнє планетарної системи HR 8799, яка балансує на межі гравітаційної нестабільності. Навіть якщо чотири планети біля зірки спектрального типу А зможуть зберігатимуть свої орбіти до того, як вона перетвориться на білого карлика, цей перехід порушить орбітальні резонанси планет і, скоріше за все, викине дві з них із системи. Відповідна стаття надрукована у журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Mack Garlick/ University of Warwick

Mack Garlick/ University of Warwick

Яку систему досліджували астрономи?

Система HR 8799 знаходиться в безпосередній близькості від Сонця на відстані 41 парсек (135 світлових років). У 2008 році дослідники виявили три планети поблизу цієї зірки на відстані 68, 38 та 24 астрономічних одиниць. Масу двох з них оцінили у 10 мас Юпітера, а маса третьої, за розрахунками, більша за масу Юпітера у 5-7 разів. Вік HR 8799 оцінили у 30 мільйонів років. Подальші спостереження за цією системою виявили четверту планету на відстані лише 14,5 астрономічних одиниць від зірки, її маса становить 7 мас Юпітера. Окрім того, у системі є два пояси уламків. Перший містить теплий пил і знаходиться на відстані від 6 до 15 астрономічних одиниць, тобто всередині орбіти планети HR 8799 e. Друга така зона набагато ширша, вона починається на відстані приблизно 104 астрономічних одиниць, а її розміри складають від 90 до 300 астрономічних одиниць. Цей регіон містить значно холодніший пил.

Змодельовані позиції планет, коли зірка перебуває на головній послідовності. Dimitri Veras, Sasha Hinkley

Змодельовані позиції планет, коли зірка перебуває на головній послідовності. Dimitri Veras, Sasha Hinkley

Дуже високі маси всіх чотирьох планет, велика відстань між планетами і зіркою та мала дистанція між ними вказують на незвичайну архітектуру системи. Попередні дослідження показали, що її стабільність підтримується резнонсами орбіт планет. Крім того, скоріш за все, HR 8799 пережила фазу знаходження у скупченні зірок, яке не вплинуло на усі чотири планети.

Що саме вони вирішили змоделювати?

Зірка системи відноситься до спектрального типу А, і після того, як у неї закінчиться паливо, перетвориться на білий карлик. Крім того, система містить кілька гігантських планет, які переживуть цю трансформацію. Ці планети також знаходяться на межі нестабільності, та під час фази білого карлика можуть наблизитися до нього і бути зруйнованими. Білий карлик також зможе наростити матеріал уламкових дисків системи. Дослідники вирішили спрогнозувати, яка подальша доля чекає на HR 8799. Для моделювання вони припустили, що зараз система знаходиться у найстабільнішому своєму варіанті, коли орбіти планет мають резонанс 8:4:2:1, і усі чотири планети проживуть до того моменту, коли зірка зійде з головної послідовності. Під час моделювання астрономи враховували як внутрішні процеси, що впливають на систему (перетворення зірки на білий карлик), так і зовнішні (близькі проходження інших зірок, галактичні припливні сили).

Що чекає на систему HR 8799?

В залежності від орбітальних параметрів, подальша доля системи має кілька варіантів. Одна з найбільш репрезентативних еволюцій наступна. Відстань між зіркою та усіма чотирма планетами збільшується під час переходу світила у фазу гіганта, поки вона не стане нестабільною. Потім планети b і e викидаються із системи, а планети c і d міняються місцями і переміщуються всередину і назовні відповідно. Планета d віддаляється на сотні астрономічних одиниць, що робить її більш чутливою до зовнішніх сил. Орбітальний перицентр планети с складає лише 3-7 астрономічних одиниць.

Загалом дослідники виявили, що перехід до фази білого карлика у будь-якому випадку порушує резонанс у системі і зазвичай викидає з неї дві планети. Зовнішні сили майже не впливають на резонанс, коли зірка перебуває на головній послідовності, аде після відіграють вирішальну роль у визначенні остаточних конфігурацій планет навколо білого карлика. Моделювання також демонструє збереження принаймні однієї планети. Вона та наявність уламкових дисків у системі повинні забезпечити динамічні шляхи для забруднення білого карлика металами.