Znanstvenici su možda konačno otkrili povijest sustava TRAPPIST-1, zamršene zbirke sedam svjetova koji se nalaze oko 40 svjetlosnih godina od nas. Ovi nam svjetovi, kažu mnogi astronomi i astrobiolozi, mogu ponuditi obećavajuću priliku za pronalazak života izvan Sunčevog sustava, no oni također pokazuju neobične raspone orbita.

Novoocrtana povijest sustava TRAPPIST-1 mogla bi, napokon, objasniti kako su ti obrasci nastali.

Kada se planeti formiraju oko mlade zvijezde, njihove orbite često ulaze u međusobne 'rezonance'. Svakodnevni primjer rezonancije guranje je nekoga na ljuljački kakvu nalazimo na igralištima - ako vrijeme guranja odgovara prirodnoj frekvenciji ljuljačke, primjerice kada se ljuljačka samo što se nije spustila, vaše će guranje povećati zamah i luk ljuljačke.

Slično tome, planeti se često nalaze u međusobnim rezonancijama. Na primjer, unutarnji planet može kružiti točno dva puta u odnosu na vanjski planet. Ovo je rezonancija 2:1 te, kao što guranje djeteta na ljuljački pojačava brzinu ljuljanja, razmjena gravitacijske energije između rezonantnih planeta obično čini njihovu orbitu nestabilnom, povećavajući orbitalne periode sve dok planeti na kraju ne izađu iz međusobne rezonancije. Druga uobičajena planetarna rezonancija je, piše Space, 3:2.

Iz gore navedenog razloga planetarne rezonancije često postaju nestabilne tijekom vremena, kao u našem Sunčevom sustavu - ali ne uvijek. Neki planetarni sustavi uspijevaju zadržati svoje rezonancije, a TRAPPIST-1 je jedan od njih.

Sustavima sa stabilnim rezonancijama bez sumnje pomaže kompaktnost. Sedam svjetova sustava TRAPPIST-1 prostiru se na manje od 8 milijuna kilometara i svi bi u orbitu Merkura mogli stati više puta. Tri vanjska planeta TRAPPIST-1 — označena f, g i h nalaze se u lancu rezonancija 3:2.

'Vanjski planeti imaju jednostavnije i predvidljivije rezonance', rekao je Gabriele Pichierri, planetarni znanstvenik na Caltechu, u izjavi. 'Ali one unutarnje imaju malo pikantnije rezonancije.'

Na primjer, orbitalni periodi dva planeta najbliža suncu, b i c, su u rezonanciji 8:5, što znači da planet b napravi osam krugova oko zvijezde, dok planet c napravi samo pet. Planeti c i d su u međuvremenu u rezonanciji 5:3.

Kako su nastali ovi složeni aranžmani?

Pichierri je glavni autor novog istraživačkog rada koji istražuje ranu povijest sustava TRAPPIST-1 kako bi otkrio na koji su način njegovi planeti završili u ovoj delikatnoj konfiguraciji. Tim se odlučio za teoriju koja uključuje pomicanje protoplanetarnog diska plina i prašine u kombinaciji sa snažnim okretnim momentima koji guraju planete.

Prvi bi se formirali najunutarnji planeti, pa su Pichierri i njegov tim podijelili sustav TRAPPIST-1 u dvije podskupine - unutarnje planete b, c, d i e te vanjske planete f, g i h. Za razliku od našeg sunčevog sustava, u kojem su vanjski planeti plinoviti divovi, vanjski planeti sustava TRAPPIST-1 su stjenoviti svjetovi. Njihovo modeliranje je zabilježilo tri faze u evoluciji sustava.

U prvoj fazi sva četiri unutarnja planeta započinju život u međusobnoj rezonanciji 3:2, tako da su b i c u orbitalnoj rezonanciji 3:2, kao i c i d, te d i e. Kako su se unutarnji planeti formirali od materijala iz protoplanetarnog diska, a njihova rastuća zvijezda crveni patuljak zapalila je nuklearnu fuziju u svojoj jezgri i proizvela zračenje koje je počelo raspršivati ​​disk, nakon čega se njegov unutarnji rub povukao prema van.

U drugoj fazi, planet e, usidren u sve manjem unutarnjem rubu diska, bio bi odvučen prema van, dalje od planeta b, c i d prema svjetovima koji se formiraju u vanjskom dijelu sustava. To je uzrokovalo kolebanje orbita planeta b, c i d, i oni su prošli kroz rezonancije 8:5 i 5:3 kako su im se orbitalni periodi produljivali, ali su zatim gurnuti natrag putem gravitacijskog momenta (uvijanje, rotacijska sila) iz vanjskog sustava, dok se nisu smjestili u rezonancije 8:5 i 5:3 koje imaju danas.

Ali što je s planetom e? Do završne faze formirala su se tri vanjska svijeta. Često, kada se planeti formiraju u protoplanetarnom disku, oni odbacuju orbitalni kutni moment, razmjenjujući ovaj kutni moment s diskom s kojeg skupljaju materijal kako bi rasli. To rezultira njihovim migriranjem prema unutarnjem rubu diska. U sustavu TRAPPIST-1, to je vjerojatno imalo učinak guranja planeta e unatrag, sve dok se unutarnji i vanjski dijelovi planetarnog sustava nisu smjestili u konfiguraciju u kojoj ih vidimo danas.

'Promatrajući TRAPPIST-1, uspjeli smo testirati uzbudljive nove hipoteze o evoluciji planetarnih sustava', rekao je Pichierri. 'TRAPPIST-1 je vrlo zanimljiv jer je tako zamršen: to je dugačak planetarni lanac i izvrstan je primjer za testiranje alternativnih teorija o formiranju planetarnih sustava.'