Проблемные вопросы теории образования планетных систем

Николай Диянчук

Очень низкие орбиты «горячих юпитеров» стали вызовом теориям образования планет во многих вопросах. Прежде всего, потому, что образование планет-гигантов в Солнечной системе считалось возможным только вдали от Солнца, там, где происходила конденсация воды и других летучих веществ с образованием льда. Поэтому, свойства первой открытой экзопланеты — 51 Peg b — сначала считали скорее исключением из правил. Однако дальнейшие открытия подобных экзопланет и их систем подтвердили явление и показали его широкую распространенность. Так что теперь астрономам есть над чем задуматься и, очень возможно, пересмотреть существующие взгляды на проблему планетообразования.

Для объяснения существования «горячих юпитеров» обращающихся вокруг звезды по очень низким, практически круговым, орбитам сейчас используется так называемая теория миграции — медленное сползание планет с высоких орбит, где они могли образоваться, на низкие, околозвездные. В Солнечной системе такого феномена никогда не наблюдалось: планеты-гиганты, так же как и в древности, остаются на своих местах и никуда не сползают.

Тем не менее, теория миграции — попытка вполне логически объяснить происхождения «горячих юпитеров», ведь на таком близком расстоянии от звезды им, вроде, не из чего возникнуть. Тем более что астрономы давно обнаруживали множество гигантских газово-пылевых дисков в стадии формирования планет. Обширная зона вокруг звезд свободная от газа и пыли. Плотность излучения там настолько велика, что оно выметает пылевые частицы на периферию, где-то на расстояние приблизительно в 5 а.о. и дальше от звезды.

Это указывает, что именно на таком расстоянии создаются условия, наиболее благоприятны для формирования гигантских планет. Однако подтверждения явления постепенной миграции планеты к звездам пока не существует. Нужно время и новое очень чувствительное оборудование. Поживем — увидим, а пока, как убеждают наблюдения, нам еще далеко до полного понимания всех этапов эволюции планетных систем. Природа еще не раз будет преподносить нам интригующие сюрпризы, а мы — восхищаться ее разнообразием и премудростью.

Одним из таких сюрпризов является значительные эксцентриситеты орбит экзопланет с большой полуосью орбиты более 0.16 а.о. Усредненный для 90 планет на высоких орбитах он составил 0.32, в то время как усредненный эксцентриситет для планет Солнечной системы становит только 0.06. Для объяснения происхождения таких больших эксцентриситетов экзопланетных систем уже придуманы различные механизмы, главные из которых — гравитационное взаимодействие планет.

Недавние исследования показали, что вытянутые и изменчивые орбиты характерны для систем, где произошел межпланетный выброс. Если взять статистику, то есть проанализировать количество известных внесолнечных планет с вытянутыми орбитами, то подобная катастрофа выглядит более обычным явлением, чем длительное сохранение стабильности, свойственное нашей планетной системе. Вполне возможно, что в этом процессе возле родительского светила остается намного меньше планет, чем выбрасывается в межзвездное пространство, где такие «отшельники» могут миллионы лет скитаться, пока их не захватит гравитация какой-то иной звезды. Кстати, такие «бездомные» планеты уже обнаружены.

Надо также учитывать, что, как показывают элементарные расчеты, большой эксцентриситет приводит к катастрофическому пересечению орбит. Более массивные тела как бы постепенно «очищают» ближайшее пространство, поглощая меньшие тела. Поэтому, очень возможно, планетам с массами порядка Земли труднее «выжить» по соседству с планетами-гигантами на вытянутых орбитах. Вот такой естественный отбор может существенно убавить наши надежды на распространенность во Вселенной планет, подобной нашей.

Если учесть, что протопланетные газово-пылевые диски значительно отличаются по массе, скорости обращения, химическому составу, то и планетные системы должны сильно различаться по свойствам, представляя нашему вниманию «коллекцию» космических тел с такими параметрами, которые не встречаются в Солнечной системе. Несомненно, что существенную роль в процессе планетообразования играет скорость потери туманностью водорода в критический для формирования планет период. Концентрация газа и пыли в протопланетном диске, с одной стороны, и масса образующихся планет, с другой определяют их гравитационные взаимодействия и закладывают будущую орбитальную характеристику и количество членов планетной системы. Выявление конкретных закономерностей процесса планетообразования на примерах всевозможных экзопланетных систем — не легкая задача для будущих исследований.