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カリフォルニア大学バークレー校およびノースウェスタン大学の研究者による新しい研究によると、遠くの星の周りをループする3つの惑星の奇妙な軌道は、目に見えない4番目の惑星がその軌道を打ち破り、それらを円形軌道からノックアウトした場合にのみ説明できます。
結論は、星ウプシロンアンドロメダの周りの惑星運動の13年間の観測からのコンピュータの外挿に基づいています。これは、これまでに発見された多くの太陽系外惑星の非円形で、しばしば高度に楕円形の軌道が、惑星が互いに散乱した結果である可能性があることを示唆しています。このようなシナリオでは、摂動する惑星をシステムから完全に撃ち落とすか、遠方の軌道に蹴り込んで、内側の惑星に偏心軌道を残すことができます。
UCバークレー校のMiller博士研究員であるEric Fordは、次のように述べています。 「私たちの説明は、外惑星の元の軌道は円形だったということですが、軌道が永久に非常に偏心したものに恒久的に変わったのはこの突然のキックでした。そのキックを提供するために、私たちは現在見えていない追加の惑星があったと仮定しました。このシステムがどのように機能するかが理解できたと信じています。」
そのような惑星がその歴史の早い段階で私たちの太陽系を通り抜けていた場合、研究者たちは、内側の惑星が今ではそれほどうまく循環していない可能性があり、生命の起源についての現在の仮定に基づいて、地球の気候が過度に変動した可能性があると指摘しました生命が生じたのです。
「私たちの太陽系の惑星は何十億年もの間安定していますが、ウプシロンアンドロメダを周回する惑星の場合はそうではありませんでした」とフォードは言った。 「これらの惑星は木星や土星と同様に形成されたかもしれませんが、それらの現在の軌道はカオス的で暴力的な相互作用の後期段階によって形作られました。」
ノースウェスタン大学の物理学と天文学の准教授であるフォードの同僚であるフレデリックA.ラシオによれば、「私たちの結果は、しばしば「惑星間散乱」と呼ばれる単純なメカニズムであることを示しています。2つの間の突然の引力による一種のパチンコ効果惑星が互いに非常に接近したとき–ウプシロンアンドロメダシステムで観測された高度に偏心した軌道に責任があるはずです。惑星-惑星散乱は、強い不安定性に起因して、これだけではなく、太陽系外惑星系で頻繁に発生したと考えています。したがって、他の星の周りの惑星系は一般的かもしれませんが、私たちの太陽系のように、おそらく非常に長い時間スケールにわたって安定したままでなければならない、生命をサポートできる種類のシステムはそれほど一般的ではないかもしれません。」
コンピューターシミュレーションは、Ford、Rasio、およびNorthwesternで物理学を専攻する学部生であるVerene Lystad誌によるNatureの4月14日号で報告されています。フォードはマサチューセッツ工科大学でラシオの学生で、2004年にプリンストン大学で大学院を卒業し、カリフォルニア大学バークレー校に着任しました。
ウプシロンアンドロメダ周辺の惑星系は、私たち自身の太陽系の外でこれまでに発見された惑星を含む160種のシステムの中で最も研究されているものの1つです。星に非常に近く、軌道がほんの数日である内側の惑星は、1996年にカリフォルニア大学バークレー校のジェフマーシーと彼の惑星狩猟チームによって発見されました。互いに強く摂動する細長い軌道を持つ2つの外惑星は、1999年に発見されました。これら3つの巨大な木星のような惑星は、ドップラー分光法によって発見された最初の太陽系外多惑星システムを構成しました。
ウプシロンアンドロメダ周辺の惑星軌道の異常な性質のため、マーシーと彼のチームは熱心に研究し、500近くの観測を行っています。これは、発見された他のほとんどの太陽系外惑星の10倍です。これらの観測、つまり軌道を回る惑星によって引き起こされる星の動きの揺れは、星の周りの惑星の動きの非常に正確なチャートを可能にします。
「観測は非常に正確で、将来何万年も何が起こるかを監視して予測することができます」とフォード氏は語った。
今日、最も内側の惑星が星の近くに寄り添う間、2つの外側の惑星は卵形の軌道を周回しています。しかし、過去と将来の軌道変化のコンピューターシミュレーションは、外側の惑星が繰り返しダンスに従事していることを示しました。これは、7,000年に1回、中央の惑星の軌道を円に近づけます。
「非常に円形の軌道に戻るというその性質は非常に顕著であり、一般的には起こりません」とフォードは言った。 「自然な説明は、両方がかつては両方とも円軌道にあったことであり、1つは大きなキックを得て、それを偏心させました。その後、その後の進化によって他の惑星の離心率が増加しましたが、エネルギーと角運動量が保存されているため、周期的に非常に近い軌道に戻ります。」
以前、天文学者はウプシロンアンドロメダの惑星系の形成について2つの可能なシナリオを提案していましたが、観測データはまだ2つのモデルを区別するのに十分ではありませんでした。別の天文学者、アリゾナ大学のRenu Malhotraは、惑星-惑星散乱がウプシロンアンドロメダの偏心を励起したかもしれないと以前に示唆していました。しかし、別の説明は、惑星と星を取り巻くガス円盤との間の相互作用がそのような偏心軌道を生み出したかもしれないと主張しました。追加の観測データを新しいコンピューターモデルと組み合わせることで、フォードと彼の同僚は、ガスディスクとの相互作用では観測された軌道は生成されなかったが、別の惑星との相互作用ではそれらが自然に生成されることを示すことができました。
「これらの理論間の重要な特徴は、外側のディスクとの相互作用によって軌道が非常にゆっくりと変化し、通過する惑星との強い相互作用によって軌道が7,000年の時間スケールと比べて非常に速く変化することでした。進化する軌道」とフォードは言った。 「2つの仮説はシステムの進化について異なる予測を行うため、現在の惑星軌道に基づいてシステムの履歴を制約できます。」
フォードは、惑星がガスと塵の円盤の中に形成されたとき、惑星への抗力がそれらの軌道を円形に保っていたであろうと言った。しかし、ダストとガスが消散すると、通過する惑星との相互作用だけが、今日観測されている2つの外惑星の特定の軌道を作成することができます。おそらく、彼は、摂動を起こしている惑星は、中心の星から遠く離れた他の惑星との相互作用によって内側の惑星にノックされたと指摘しました。
それが始まったとしても、結果として生じる混沌とした相互作用は、第3の惑星に非常に偏心した軌道を作成し、その後、第2の惑星の軌道も徐々に混乱させました。外側の惑星がシステムを支配しているため、時間の経過とともに中型の惑星の軌道を摂動させて、ゆっくりと偏心軌道に変形させます。これは、今日見られることですが、7,000年ごとに、中型の惑星は徐々に円形に戻ります軌道。
「これがこのシステムを独特なものにしている」とラシオは言った。 「通常、2つの楕円軌道間の重力結合により、ほぼ完全な円に戻ることは決してありません。サークルはとても特別です。」
「もともと私たちの研究の主な目的は、本質的に外側の2つの惑星が太陽系の惑星のように同じ平面にあるかどうかを判断するために、ウプシロンアンドロメダ惑星系をシミュレートすることでした」彼女が2年生で、彼女の上級論文の一部としてコンピュータ統合の多くを行ったとき。 「多くのシミュレーションで、中央の惑星の軌道が周期的に非常に非常に円形になったため、惑星が同じ平面にあるかどうかを判断するのが困難であることに驚きました。この奇妙な動作がすべてのシミュレーションに存在することに気づいたら、それを惑星-惑星散乱を受けたシステムの印として認識しました。誰もが以前に発見したよりもずっと興味深いことが起こっていることに気づきました。」
ウプシロンアンドロメダエと他の太陽系外惑星系の形成と進化の間に何が起こったかを理解することは、私たち自身の太陽系に大きな影響を与えます。
「既知の太陽系外惑星のほとんどが高度に偏心した軌道を持っていることに気づくと（ウプシロンアンドロメダの惑星のように）、私たちの太陽系に何か特別なものがあるのではないかと考え始めます」とフォード氏は語った。 「激しい惑星間散乱があまりに一般的で、穏やかで居住可能なままでいる惑星システムはほとんどないのでしょうか？幸いにも、カリフォルニア大学バークレー校の天文学教授であるジェフマーシーが率いる天文学者たちは、このエキサイティングな質問に最終的に答える観測を熱心に行っています。」
この研究は、全米科学財団およびUCバークレーのミラー基礎研究所によって支援されました。
元のソース：バークレーニュースリリース
