이미지 크레디트 : NWU
캘리포니아 대학, 버클리 및 노스 웨스턴 대학의 연구원에 의한 새로운 연구에 따르면, 멀리 떨어진 별 주위를 돌고있는 세 개의 행성의 독특한 궤도는 보이지 않는 네 번째 행성이 지구 궤도를 뚫고 빠져 나오면 설명 될 수있다.
결론은 별 Upsilon Andromedae 주위에서 13 년 동안 행성 움직임을 관찰 한 컴퓨터 추정에 근거한 것입니다. 그것은 현재까지 발견 된 많은 태양계 행성의 비 원형이고 종종 매우 타원형 인 궤도가 행성들이 서로 흩어져서 생겨난 결과 일 수 있음을 시사합니다. 그러한 시나리오에서, 교란 행성은 시스템에서 완전히 쫓겨나거나 멀리 떨어져있는 궤도로 쫓겨 나서 내부 행성에 편심 궤도가 남을 수 있습니다.
UC Berkeley의 Miller 박사후 연구원 인 Eric Ford는“이것은 아마도 최고의 관측과 가장 엄격한 제약 조건을 가진 2 개 또는 3 개의 외계 시스템 중 하나 일 것입니다. “우리의 설명은 외계 행성의 원래 궤도가 원형이지만, 갑자기 궤도가 영구적으로 궤도를 매우 편 심하게 바꾸어 놓았습니다. 우리는 그러한 발차기를 제공하기 위해 현재 볼 수없는 추가 행성이 있다고 가정했습니다. 우리는 이제이 시스템의 작동 방식을 이해하고 있다고 생각합니다.”
만약 그러한 행성이 역사 초기에 우리 태양계를 통해 침식 되었다면, 내부 행성은 이제 아주 좋은 원형 궤도를 가지고 있지 않을 수 있으며, 생명의 기원에 대한 현재의 가정에 따르면 지구의 기후는 너무 많이 변동되었을 수 있습니다 삶이 생겨났다
포드는“우리 태양계의 행성은 수십억 년 동안 안정적으로 유지되지만, 업 실론 안드로메다를 도는 행성은 그렇지 않았다”고 말했다. "그 행성들이 목성과 토성과 비슷하게 형성되었을 지 모르지만, 현재의 궤도는 혼란스럽고 폭력적인 상호 작용의 후기 단계에 의해 조각되었다"
포드의 동료 인 프레드릭 A. 라시오 (Frederic A. Rasio) 노스 웨스턴 물리 및 천문학 부교수에 따르면,“우리의 결과는 종종 '플래닛-플래닛-플래닛 스 캐터링 (planet-planet scattering)'이라고 불리는 간단한 메커니즘-두 가지 사이의 갑작스러운 중력 인장으로 인한 일종의 새총 효과를 보여줍니다 서로 매우 가까이있을 때 행성 – Upsilon Andromedae 시스템에서 관측 된 고도의 편심 궤도를 담당해야합니다. 우리는 행성-평면 산란이 강력한 불안정성으로 인해이 시스템 만이 아니라 외계 행성 시스템에서 자주 발생했다고 생각합니다. 따라서 다른 별 주위의 행성 시스템은 일반적 일 수 있지만, 태양계와 같이 생명을 지탱할 수있는 종류의 시스템은 아마도 매우 오랜 시간 동안 안정적으로 유지되어야 할 것입니다.”
컴퓨터 시뮬레이션은 Northwestern 물리학을 전공하는 학부생 인 Ford, Rasio 및 Verene Lystad 저널 Nature의 4 월 14 일호에보고되었습니다. 포드는 매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology)에서 Rasio의 학생으로 프린스턴 대학에서 대학원 과정을 밟고 2004 년 UC 버클리에 도착했습니다.
Upsilon Andromedae 주변의 행성 시스템은 지금까지 자체 태양계 외부에서 발견 된 행성을 가진 160 개 시스템 중 가장 많이 연구 된 것 중 하나입니다. 내륙 행성, 별과 아주 가까운 궤도에 불과한“뜨거운 목성”은 1996 년 UC 버클리의 Geoff Marcy와 그의 행성 사냥 팀에 의해 발견되었습니다. Upsilon Andromedae 주변의 세 개의 거대한 목성과 같은 행성은 Doppler 분광법에 의해 발견 된 최초의 태양계 외계 행성으로 구성되었습니다.
Upsilon Andromedae 주변의 행성 궤도의 특이한 특성 때문에 Marcy와 그의 팀은 거의 500 번의 관측을 수행하여 발견 된 다른 대부분의 외계 행성에 비해 10 배나 많은 관측을했습니다. 궤도를 도는 행성들에 의해 유발 된 별의 움직임의 흔들림 인 이러한 관측들은 별 주위의 행성들의 움직임을 매우 정확하게 도표로 보여줍니다.
포드는“이 관측치는 매우 정확하여 앞으로 수만 년 동안 어떤 일이 일어날 지보고 예측할 수있다”고 말했다.
오늘날, 가장 안쪽의 행성은 별에 가깝지만, 두 개의 바깥 행성은 달걀 모양의 궤도로 궤도를 돌고 있습니다. 그러나 과거와 미래의 궤도 변화에 대한 컴퓨터 시뮬레이션은 외계 행성이 7,000 년마다 한 번씩 중간 행성의 궤도를 원으로 만드는 반복적 인 춤에 참여하고 있음을 보여주었습니다.
포드는“이러한 원형 궤도로 돌아가는 특성은 상당히 뛰어나며 일반적으로 일어나지 않는다”고 말했다. “자연적인 설명은 그들이 한때 원형 궤도에 있었고, 하나는 편 심하게 만드는 큰 발차기를 얻었다는 것입니다. 그 후의 진화로 인해 다른 행성의 편심이 커졌지 만 에너지와 각 운동량의 보존으로 인해 거의 원형 궤도로 주기적으로 돌아옵니다.”
이전에는 천문학 자들이 Upsilon Andromedae의 행성 시스템 형성을위한 두 가지 가능한 시나리오를 제안했지만 관측 데이터는 아직 두 모델을 구분하기에 충분하지 않았습니다. 다른 천문학자인 애리조나 대학교의 레누 말로 트라 (Renu Malhotra)는 행성-평면 산란이 Upsilon Andromedae의 편심을 자극했을 수도 있다고 이전에 제안했다. 그러나 대안적인 설명은 행성들 사이의 상호 작용과 별을 둘러싸고있는 가스 디스크가 그러한 편심 궤도를 생성 할 수 있다고 주장했다. 추가 관측 데이터를 새로운 컴퓨터 모델과 결합함으로써 Ford와 그의 동료들은 가스 디스크와의 상호 작용이 관측 된 궤도를 생성하지 않았지만 다른 행성과의 상호 작용이 자연스럽게 생성한다는 것을 보여줄 수있었습니다.
“이러한 이론들 사이의 주요 특징은 외부 디스크와의 상호 작용이 궤도를 매우 느리게 변화시킬 것이며, 행성을 지나가는 강한 상호 작용으로 인해 궤도가 7,000 년의 시간 척도에 비해 매우 빠르게 변화한다는 것입니다. 궤도는 진화해야한다”고 포드는 말했다. "두 가설이 시스템의 진화에 대해 다른 예측을하기 때문에 현재 행성 궤도를 기반으로 시스템의 역사를 제한 할 수 있습니다."
포드는 행성들이 가스와 먼지의 원반 내부에 형성 될 때 행성에 대한 항력은 궤도를 원형으로 유지했을 것이라고 말했다. 그러나 일단 먼지와 가스가 사라지면, 지나가는 행성과의 상호 작용 만이 오늘날 관측 된 두 개의 외부 행성의 특정 궤도를 만들 수있었습니다. 아마도 그는 중심 행성에서 멀리 떨어진 다른 행성들과의 상호 작용에 의해 교란 행성이 내부 행성으로 밀려 났다고 지적했다.
그러나 시작된 혼란스러운 상호 작용으로 인해 세 번째 행성에 매우 편심 한 궤도가 생겨나면서 두 번째 행성의 궤도가 점차 교란되었습니다. 바깥 행성이 시스템을 지배하기 때문에 시간이 지남에 따라 중간 행성의 궤도를 천천히 편심 궤도로 변형시킬 수 있습니다. 매일 7,000 년마다 중간 행성이 점차 원형으로 돌아옵니다. 궤도.
Rasio는“이것은 시스템을 매우 독특하게 만드는 요소입니다. 일반적으로 두 타원 궤도 사이의 중력 결합은 거의 완벽한 원으로 돌아 가지 않을 것입니다. 원은 매우 특별합니다.”
Rasio와 함께 일을 시작한 Lystad는“원래 우리 연구의 주요 목표는 바깥 쪽 두 행성이 태양계 행성과 같은 평면에 있는지 여부를 확인하기 위해 Upsilon Andromedae 행성 시스템을 시뮬레이션하는 것이 었습니다. 그녀는 2 학년이었고 수석 논문의 일부로 많은 컴퓨터 통합을 수행했습니다. “우리는 많은 시뮬레이션에서 중간 행성의 궤도가 주기적으로 거의 원형이되었다는 사실 때문에 행성이 같은 평면에 있는지 알기가 어렵다는 사실에 놀랐습니다. 우리가이 모든 이상한 행동이 모든 시뮬레이션에 존재한다는 것을 알게되면, 행성-평면 산란을 겪은 시스템의 상징으로 인식했습니다. 우리는 이전에 발견 한 것보다 훨씬 흥미로운 일이 있다는 것을 깨달았습니다.”
Upsilon Andromedae 및 기타 태양계 외계 행성의 형성과 진화 과정에서 일어난 일을 이해하면 우리 태양계에 중요한 영향을 미칩니다.
포드는“외계 행성의 대부분이 고 편심 궤도 (Upsilon Andromedae의 행성과 같은)를 가지고 있다는 사실을 알게되면 태양계에 특별한 무언가가 있을지 궁금해지기 시작한다. “폭력적인 행성-행성 산란이 너무 흔하여 평온하고 거주 할 수있는 행성계는 거의 없을까요? 다행히도 UC 버클리의 천문학 교수 인 Geoff Marcy가 이끄는 천문학 자들은이 흥미로운 질문에 대한 답을 찾기 위해 부지런히 관찰하고 있습니다.”
이 연구는 National Science Foundation과 UC Berkeley의 Miller Institute for Basic Research의 지원을 받았습니다.
원본 출처 : 버클리 뉴스 릴리스
