Ученые объяснили формирование компактных экзопланетных систем

Ученые из Юго-Западного исследовательского института разработали новую модель, объясняющую формирование компактных экзопланетных систем, таких как TRAPPIST-1, где несколько каменистых планет вращаются на очень близких орбитах вокруг своей звезды. Для сравнения, наша Солнечная система гораздо более «просторная» и не имеет планет внутри орбиты Меркурия. Автор: NASA/JPL-Caltech

Исследователи из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) предложили новую модель, согласно которой планеты начинают формироваться уже на завершающих этапах образования звезды, а не после, как считалось ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Среди тысяч известных экзопланет существует множество компактных систем, где несколько планет вращаются очень близко к своей звезде. В отличие от них, в Солнечной системе нет планет ближе Меркурия. Интересно, что в таких системах соотношение общей массы планет к массе звезды остается удивительно постоянным, что до сих пор оставалось загадкой.

Доктор Ралука Руфу и доктор Робин Кануп из SwRI с помощью сложного моделирования показали, что планеты, сформировавшиеся на ранних этапах, соответствуют наблюдаемым характеристикам компактных систем, включая близкие орбиты и общее соотношение масс. Эти выводы также согласуются с предыдущими наблюдениями дисков вокруг молодых звезд, проведенными телескопом ALMA.

Новая модель предполагает, что планеты начинают формироваться в диске вокруг молодой звезды, который пополняется падающим газом и пылью. По мере роста планеты постепенно приближаются к звезде из-за взаимодействия с окружающим газом. Автор: Southwest Research Institute

«Компактные системы — одна из величайших загадок экзопланетной науки, — говорит Руфу. — Они содержат несколько каменистых планет схожего размера, как «горошины в стручке», и демонстрируют общее соотношение масс, сильно отличающееся от планет Солнечной системы».

«Интересно, что это соотношение масс похоже на то, что мы видим у спутников газовых гигантов, — добавляет Кануп. — Это может указывать на схожий процесс формирования».

Согласно модели, во время падения вещества на звезду формирующиеся планеты собирают каменистый материал, а их орбиты постепенно смещаются внутрь из-за взаимодействия с газом диска. Планеты, достигшие критической массы, падают на звезду, что приводит к образованию системы планет схожего размера.

«Мы обнаружили, что планеты, сформировавшиеся во время падения вещества, могут сохраниться до момента рассеивания газового диска, — объясняет Кануп. — При этом масса выживших систем пропорциональна массе звезды, что впервые объясняет одинаковое соотношение масс в наблюдаемых компактных системах».

Этот процесс напоминает формирование спутников вокруг газовых гигантов, таких как Юпитер, но с ключевым отличием: диски вокруг звезд существуют дольше, что приводит к несколько меньшему соотношению масс.

Дополнительная информация: Raluca Rufu et al, Origin of compact exoplanetary systems during disk infall, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60017-8

Источник: Southwest Research Institute