science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De orbitale vlakheid van planetenstelsels

Een artistiek concept van de zeven planeten in het TRAPPIST-1-systeem die in een uitzonderlijk plat vlak om de ster draaien. Astronomen hebben de extreme vlakheid van het systeem gebruikt om de eigenschappen en evolutie van de protoplanetaire schijf te beperken. Krediet:NASA/JPL-Caltech/R. Kwetsen, IPAC

De planeten van het zonnestelsel draaien allemaal min of meer in een vlak om de zon. Vergeleken met de baan van de aarde, die het vlak definieert op nul graden, de baan met de grootste hoek is die van Mercurius waarvan de helling 7 graden is (de hoek van de baan van de dwergplaneet Pluto is 17,2 graden). De baankenmerken van planeten evolueren naarmate de protoplanetaire schijf van gas en stof verdwijnt, en terwijl de jonge planeten zelf in de schijf migreren als reactie op hun wederzijdse zwaartekrachtsinvloeden en effecten van materiaal in de schijf. Astronomen erkennen daarom dat de orbitale verschijning van een planetair systeem zijn evolutionaire verhaal weerspiegelt.

Het planetenstelsel TRAPPIST-1 bestaat uit zeven planeten ter grootte van de aarde die rond een kleine ster (een massa van slechts 0,09 zonnemassa's) op ongeveer veertig lichtjaar van de zon draaien. Voor het eerst gedetecteerd door de TRAPPIST-telescopen, vervolgwaarnemingen met de IRAC-camera op Spitzer en de K2-missie, onder andere, hebben inmiddels de planetaire massa's bepaald tot precisies tussen 5-12% en verfijnde andere eigenschappen van het systeem. Opmerkelijk, het systeem is veruit de platste die we kennen:zijn orbitale helling is slechts 0,072 graden. Deze extreme vlakheid is potentieel een zeer belangrijke beperking voor de vorming en evolutie van het systeem. Het systeem is ook erg compact:de verst verwijderde van zijn zeven planeten draait slechts 0,06 astronomische eenheden van de ster (in ons zonnestelsel, Mercurius draait meer dan vijf keer verder weg). In zo'n dicht opeengepakte configuratie zullen de onderlinge aantrekkingen van de planeten bijzonder belangrijke invloeden zijn op details zoals de baanhellingen.

CfA-astronomen Matthew Heising, Dimitar Sasselov, Lars Hernquist, en Ana Luisa Tió Humphrey gebruikte 3D-computersimulatie van de gasvormige schijf en planeten om een ​​reeks mogelijke vormingsmodellen te bestuderen, waaronder verschillende die in eerdere studies waren gesuggereerd. Wetende dat de gasvormige protostellaire schijf de migratie-eigenschappen van de planeten beïnvloedt, de wetenschappers waren ook bijzonder geïnteresseerd in het onderzoeken van wat de minimale schijfmassa zou kunnen zijn voor het TRAPPIST-1-systeem. Ze pasten de computercode AREPO aan, die in het verleden vooral voor kosmologische simulaties met succes is gebruikt.

De astronomen concluderen dat, in overeenstemming met enkele eerdere speculaties, de zeven planeten zijn waarschijnlijk achter elkaar gevormd, elk aanvankelijk op een afstand van de ster waar de temperatuur voldoende daalt om water te laten bevriezen, en migreert dan naar binnen, langzaam aangroeiend en stoppend wanneer zijn baan op passende wijze wordt beïnvloed door de aanwezigheid van de andere planeten. Er is slechts een bescheiden schijfmassa nodig, ongeveer 0,04 zonnemassa's, waarbij de modellen ook de distributie van materiaal binnen de schijf aanpakken, en bovendien kunnen de astronomen schijfmassa's uitsluiten die meer dan ongeveer vijftien keer deze waarde bedragen. Het nieuwe werk laat zien hoe simulaties van planetaire systemen kunnen worden gebruikt om opmerkelijke details af te leiden over hoe ze gevormd en geëvolueerd zijn.