Niezwykła kosmiczna osobliwość wyjaśniona

Gdzieś w gwiazdozbiorze Łabędzia podejrzano niezwykle harmonijne podniebne zjawisko: cztery planety w dość zgodnym rytmie okrążają tam wspólną gwiazdę. Teraz naukowcy - w tym badacz z Polski, pokazali, z czego ta zadziwiająca synchronizacja może wynikać.

W Układzie Słonecznym, tak jak i w większości zbadanych innych układów planetarnych, ruchy poszczególnych planet wokół gwiazdy nie są ze sobą zsynchronizowane. Na przykład na Ziemi rok trwa ok. 365,25 dni i nie układa się to w żaden ładny wzór z okresami obiegu Słońca innych planet - naszych sąsiadek.

Tańcząc z gwiazdą

Jednym z nielicznych znanych dotąd układów, w którym zauważono wzajemne zależności między okresami orbitalnymi planet był Kepler-223. Z badań wynika, że gwiazdę okrążają tam cztery planety. Ich ruch jest na tyle harmonijny, że aż trudno uwierzyć, że to przypadek. Proporcje okresów, w jakich kolejne planety obiegają gwiazdę to odpowiednio: 3:4:6:8. A to oznacza np., że planeta pierwsza od środka obiega gwiazdę prawie dokładnie dwa razy szybciej niż trzecia, a druga - dwa razy szybciej niż czwarta. W dodatku druga robi okrążenia o 1/3 wolniej niż pierwsza, a czwarta - o 1/3 wolniej niż trzecia. Nie dziwne więc, że ten harmonijny układ zafascynował badaczy.

- Jest bardzo, bardzo mało prawdopodobne, że tego typu współmierności mogłyby powstać w sposób przypadkowy - komentuje w rozmowie z PAP dr Cezary Migaszewski z Uniwersytetu Szczecińskiego i Uniwersytetu Mikołaja Kopernika.

Astronom był współautorem publikacji, która ukazała się w maju w prestiżowym tygodniku "Nature". Zespół naukowców pokazał, że tzw. rezonans, do którego tam dochodzi, jest zjawiskiem stabilnym. Badacze zaprezentowali też model, który wyjaśnia, jak do takiego rezonansu mogło dojść.

Zbieg okoliczności?

Bo to, jak taki układ powstał, to kolejny problem badawczy, który naukowców zaciekawił. Z badań wynikło bowiem, że planety z układu Kepler-223 są kilka razy większe od Ziemi (porównywalne z Neptunem) i wokół gwiazdy krążą bardzo szybko - na najwolniejszej z planet rok nie trwa nawet dwudziestu dni. Planety są bowiem położone dużo bliżej gwiazdy niż planety w naszym Układzie Słonecznym. Naukowców zastanawiało też, jakim sposobem tak duże planety mogły znaleźć się tak blisko.

Jedna z hipotez mówiła, że planety powstały od razu na orbitach, na których się teraz znajdują. To byłoby jednak bardzo mało prawdopodobne. Planety powstają z dysku protoplanetarnego - gazu i pyłu wokół gwiazdy. Trudno by było o tak wiele materii na tak niewielkiej odległości od gwiazdy. Była też inna hipoteza - że planety te migrują - powoli przybliżają się do gwiazdy, a więc poruszają się po spirali. I drugą z tych hipotez potwierdziły badania opublikowane w "Nature". "To bardzo gęsta spirala - migracja trwa miliony lat - objaśnia dr Cezary Migaszewski.

W spirali zdarzeń

- Rezonans jest naturalnym wynikiem tzw. migracji zbieżnej. Ma ona miejsce, kiedy planeta zewnętrzna w danej parze migruje szybciej niż ta, która jest wewnątrz układu. Taki rodzaj migracji sprawia, że układ może się dostrajać - opowiada dr Migaszewski i dodaje: "Ten układ to silny argument za tym, że migracja w układach planetarnych występuje".

Nie jest to pierwszy zbadany przykład układu, w którym planety są tak zgrane. Dr Migaszewski opowiada, że dwa lata temu uczestniczył w badaniach nad innym pełnym harmonii układem o nazwie HR 8799. Tam również zaobserwowano rezonans planet - każda kolejna planeta dwa razy dłużej okrąża gwiazdę niż poprzednia. Tamtejszy układ planetarny jednak wyglądał zupełnie inaczej - planety były ogromne - 10 razy większe niż Jowisz (największa planeta Układu Słonecznego), a okres ich obiegu wokół gwiazdy liczony jest w dziesiątkach czy setkach ziemskich lat. Układ więc - poza rezonansem - w niczym nie przypomniał układu Kepler-223. Badania z "Nature" rzucają więc nowe światło na mechanizmy powstawania planet i ich migracji.

PAP - Nauka w Polsce