Сім планет розміром з Землю обертаються навколо зірки TRAPPIST-1 в майже ідеальній гармонії, і американські та європейські дослідники використовували цю гармонію, щоб визначити, скільки фізичного впливу у вигляді ударів метеоритів планети могли витримати після свого утворення.
«Після утворення кам'янистих планет у них врізаються різні тіла», - сказав астрофізик Шон Реймонд з Університету Бордо у Франції. «Це називається бомбардуванням або пізньою аккрецією, і ми цікавимося про це частково тому, що ці удари можуть бути важливим джерелом води і летючих елементів, які сприяють розвитку життя».
У дослідженні, опублікованому в журналі Nature Astronomy, Шон Раймонд і його колеги з проекту CLEVER Planets, використовували комп'ютерну модель фази бомбардування планетарної освіти в TRAPPIST-1, щоб дослідити зіткненням, яким її планети могли б протистояти, не вибиваючись з гармонії.
За словами вчених, розшифровка історії зіткнень планет є складним завданням у нашій Сонячній системі і може здатися безнадійним завданням у системах, що знаходяться на відстані багатьох світлових років.
«На Землі ми можемо вимірювати певні типи елементів і порівнювати їх з метеоритами», - сказав Шон Раймонд. «Це те, що ми робимо, щоб спробувати з'ясувати, скільки речовини вдарилося в Землю після того, як вона в основному сформувалася». Але таких інструментів для вивчення бомбардувань екзопланет не існує.
«Ми ніколи не отримаємо від них каміння», - сказав він. "Ми ніколи не побачимо на них кратерів. Так що ми можемо зробити? Саме тут вступає в гру особлива орбітальна конфігурація TRAPPIST-1. Це свого роду важіль, який ми можемо потягнути, щоб дізнатися ".
Зірка TRAPPIST-1, що знаходиться на відстані близько 40 світлових років від нас, набагато менше і холодніше Сонця. Її планети названі в алфавітному порядку від b до h в порядку їх віддаленості від зірки. Час, необхідний для завершення одного звернення навколо зірки, що еквівалентно одному року на Землі, становить 1,5 дня на планеті b і 19 днів на планеті h. Примітно, що їх орбітальні періоди утворюють майже ідеальне співвідношення, резонансне розташування, що нагадує гармонійні музичні ноти. Наприклад, за кожні вісім «років» на планеті b п'ять проходять на планеті c, три на планеті d, два на планеті e і так далі.
«Ми не можемо точно сказати, скільки матеріалу вдарилося об будь-яку з цих планет, але через цю особливу резонансну конфігурацію ми можемо встановити для неї верхню межу», - сказав Шон Раймонд. "Ми можемо сказати: «Цього не могло бути більше, ніж ось стільки». І виявляється, що така верхня межа насправді досить мала.
«Ми з'ясували, що після того, як ці планети сформувалися, вони не піддавалися бомбардуванню більш ніж дуже невеликою кількістю матеріалу», - сказав він. «Це цікава інформація, коли ми думаємо про інші аспекти планет у системі».
Планети ростуть у протопланетних дисках з газу і пилу навколо новоутворених зірок. Ці диски існують всього кілька мільйонів років, і попередні дослідження показали, що резонансні ланцюжки планет, подібні TRAPPIST-1, утворюються, коли молоді планети переміщуються ближче до своєї зірки, перш ніж диск зникне. Комп'ютерні моделі показали, що диски можуть приводити планети в резонанс. Вважається, що резонансні ланцюги, подібні TRAPPIST-1, повинні бути встановлені до того, як їх диски зникнуть.
«В результаті планети TRAPPIST-1 сформувалися швидко, приблизно в десять разів швидше, ніж Земля», - сказав співавтор дослідження Райс Андре Ізідоро, астрофізик і науковий співробітник CLEVER Planets.
CLEVER Planets, очолювана співавтором дослідження Радждипом Дасгуптою, вивчає способи, якими планети можуть купувати необхідні елементи для підтримки життя. У попередніх дослідженнях Дасгупта і його колеги з CLEVER Planets показали, що значна частина летючих елементів Землі виникла в результаті зіткнення з Місяцем.
«Якщо планета формується рано і занадто мала, як Місяць або Марс, вона не може акреціювати багато газу з диска», - сказав Радждип Дасгупта. «У такої планети також набагато менше можливостей отримати життєво важливі летючі елементи в результаті пізніх бомбардувань».
Вчені кажуть, що це могло статися з Землею, яка відносно пізно набрала більшу частину своєї маси, в тому числі близько 1% від ударів після зіткнення, пов'язаного з формуванням Місяця.
"Ми знаємо, що Земля пережила принаймні одне гігантське зіткнення після того, як газ (у протопланетному диску) зник. Це була подія формування місяця ".
«Що стосується системи TRAPPIST-1, у нас є планети з масою Землі, які сформувалися рано», - кажуть вчені. "Таким чином, одна відмінність потенціалів порівняно з утворенням Землі полягає в тому, що вони з самого початку могли мати деяку водневу атмосферу і ніколи не відчували пізніх гігантських зіткнень. І це може багато в чому змінити еволюцію з точки зору внутрішньої частини планети, виділення газу, летючих втрат та інших речей, які мають значення для населеності ".
Шон Реймонд сказав, що дослідження має значення не тільки для вивчення інших резонансних планетних систем, але і для набагато більш поширених екзопланетних систем, які, як вважалося, виникли як резонансні системи.
«Суперземлі і суб-Нептуни дуже поширені навколо інших зірок, і переважна ідея полягає в тому, що вони мігрували всередину під час фази газового диска, а потім, можливо, мали пізню фазу зіткнень», - сказав Шон Раймонд. "Але на тій ранній стадії, коли вони мігрували всередину, ми думаємо, що значною мірою - можливо повсюдно - була фаза, коли вони були резонансними ланцюговими структурами, такими як TRAPPIST-1. Вони просто не вижили. Пізніше вони стали нестабільними ".
Один з основних вкладів у дослідження може з'явитися через кілька років, після того як космічний телескоп НАСА Джеймс Вебб, Надзвичайно великий телескоп Європейської південної обсерваторії та інші інструменти дозволять астрономам безпосередньо спостерігати за атмосферою екзопланет.
«Сьогодні у нас є деякі обмеження на склад цих планет, наприклад, скільки води у них може бути», - говорять вчені про планети, які формуються в резонансній фазі міграції. «Але у нас дуже великі планки помилок».
У майбутньому спостереження будуть краще обмежувати внутрішній склад екзопланет, і знання історії пізніх бомбардувань резонансних планет може бути надзвичайно корисним.
"Наприклад, якщо на одній з цих планет багато води, скажімо, з масовою часткою 20%, вода, мабуть, була включена в планети рано, під час газової фази. Отже, нам потрібно буде зрозуміти, який процес може принести цю воду на таку планету ".
Дослідження було опубліковано в журналі Nature Astronomy.
