Među poznatim sustavima s više planeta izdvajaju se dvije obitelji: jedna s manjim planetima zbijenima uz zvijezdu, druga s masivnijim planetima na širim orbitama i tragovima mnogo snažnijih gravitacijskih poremećaja. Analiza gotovo 300 sustava pokazuje da su te razlike povezane i s masom i kemijskim sastavom zvijezda oko kojih planeti kruže.
Današnji raspored planeta ovisi i o uvjetima u kojima su nastali i o onome što im se dogodilo poslije. Zvijezda i disk plina i prašine iz kojeg planeti rastu određuju početne uvjete. Kasniji bliski susreti planeta mogu promijeniti njihove orbite, a istraživači nastoje iz tih putanja rekonstruirati povijest sustava.
U radu objavljenom 13. listopada u časopisu Nature Astronomy Diego Turrini iz Talijanskog nacionalnog instituta za astrofiziku (INAF), Camilla Danielski sa Sveučilišta u Valenciji i suradnici usporedili su sustave bez unaprijed zadane podjele prema vrsti zvijezde ili rasporedu planeta. Njihov osnovni uzorak obuhvatio je 298 sustava za koje su poznate mase planeta i veličine njihovih orbita.
Slični susjedi i nemirni divovi
Sustavi iz manje masivne skupine često imaju susjedne planete slične mase i veličine. Astronomi ih uspoređuju sa zrnima graška u mahuni. Mnogi od tih planeta kruže toliko blizu svoje zvijezde da bi se njihove orbite u Sunčevu sustavu nalazile unutar Merkurove orbite.
Planeti iz te skupine uglavnom kruže oko zvijezda Sunčeve ili manje mase. Udio elemenata težih od vodika i helija, koji astronomi nazivaju metalnošću, u pravilu je blizak Sunčevu. Izraz pritom obuhvaća i ugljik, kisik i druge elemente koji se u svakodnevnom jeziku ne smatraju metalima.
Masivnija obitelj češće se pojavljuje oko zvijezda Sunčeve ili veće mase koje su bogatije težim elementima. Planeti u tim sustavima kruže na većim udaljenostima od zvijezde, ali njihova velika masa omogućuje snažan gravitacijski utjecaj na susjede. Veći razmak među orbitama ne jamči i veću stabilnost.
Razlika se vidi i u obliku i položaju orbita. Istraživači su izračunali koliko one odstupaju od kružnih putanja u zajedničkoj ravnini. Ta se mjera naziva dinamičkom pobuđenošću sustava ili, slikovitije, njegovom “dinamičkom temperaturom”. Veća vrijednost označava izduženije i međusobno više nagnute orbite, a ne višu stvarnu temperaturu planeta.
U masivnijim sustavima vrijednosti te mjere približno su deset puta veće nego u manje masivnoj skupini i Sunčevu sustavu. Takve orbite upućuju na burnu prošlost: bliski gravitacijski susreti mogli su preusmjeravati planete, izbacivati ih iz sustava ili dovesti do sudara.
Razlike koje teleskopi mogu pojačati
Podjela se odnosi na dosad otkrivene sustave, a njihov uzorak ne mora vjerno predstavljati sve sustave u galaksiji. Teleskopima je lakše pronaći neke vrste planeta nego druge. Tranziti, kratka zatamnjenja zvijezde pri prolasku planeta ispred nje, osobito pogoduju otkrivanju planeta na bliskim orbitama. Na velikim udaljenostima od zvijezde sadašnje metode uglavnom otkrivaju samo dovoljno masivne planete.
Autori su taj problem provjeravali na četiri različito odabrana uzorka. Osnovni su uzorak usporedili s manjim skupinama koje imaju ujednačeno određena svojstva zvijezda, izmjerene izduženosti svih planetarnih orbita ili strože određene mase planeta. Dvije skupine pojavile su se i u tim usporedbama, premda granica među njima nije oštra za svaki pojedini sustav.
Za dio orbitalnih podataka koji nisu izmjereni autori su koristili statističke procjene. To se osobito odnosi na međusobne nagibe orbita, koji su izravno poznati za vrlo malo sustava. Analiza može pokazati razlike među skupinama, ali ne i pouzdano rekonstruirati svaki događaj u povijesti pojedinog sustava.
Više materijala, snažniji poremećaji
Na temelju mase i metalnosti zvijezde autori su procijenili koliko je čvrstog materijala sadržavao disk iz kojeg su nastali planeti. Prema tim procjenama, diskovi iz kojih su nastali masivniji sustavi sadržavali su približno tri puta više prašine i leda nego diskovi manje masivne obitelji.
Računalne simulacije najbolje su odgovarale svojstvima masivnih sustava kada je početni raspored planeta već bio nestabilan. U takvim scenarijima veći planeti, nastali iz obilnijih zaliha materijala, snažnije su gravitacijski utjecali na susjede. U mnogim simulacijama barem jedan planet izbačen je iz sustava ili izgubljen u sudaru.
Dosadašnja istraživanja već su razmatrala kako nastaju zbijeni planetarni sustavi i predlagala podjele prema rasporedu veličina njihovih planeta. U novom radu polazište je drukčije: dvije obitelji najprije su izdvojene prema ukupnoj masi planeta u odnosu na masu zvijezde, a zatim uspoređene po ostalim svojstvima.
Na velikim udaljenostima od drugih zvijezda sadašnje metode još teško otkrivaju planete srednje i male mase. Bez njih nije moguće utvrditi koliko su česti sustavi slični Sunčevu. Njihovo otkrivanje omogućilo bi i provjeru postoji li između dviju izdvojenih obitelji više prijelaznih sustava nego što se sada vidi.
