Nastanak udaljenih planeta mogao bi biti prirodna posljedica kaosa mladih sustava

U hladnim, mračnim krajevima daleko od poznatih planeta, svjetlost matične zvijezde jedva dopire. Tamo, na stotinama ili tisućama astronomskih jedinica udaljenosti, lebde neobični svjetovi, planeti s ekstremno širokim orbitama koji su dugo zbunjivali astronome. Nastanak udaljenih planeta je misterij. Među njima je i hipotetski Planet devet, misteriozni objekt za koji se sumnja da kruži rubovima Sunčeva sustava. No kako takvi planeti uopće nastaju? Novo istraživanje sugerira da su upravo kaotični počeci sustava ključ za razumijevanje njihova podrijetla.

Udarci gravitacije i zamke skupova

U studiji objavljenoj u časopisu Nature Astronomy, tim znanstvenika s američkog sveučilišta Rice i Planetary Science Institute koristio je tisuće numeričkih simulacija kako bi rekonstruirao uvjete iz vremena kada su se planetarni sustavi tek rađali. Fokus su stavili na ranu fazu kada zvijezde još borave u gustim skupinama, okružene drugim mladim zvijezdama, i kada se planeti međusobno bore za prostor u gravitacijski nestabilnim okruženjima.

“To su kao fliper kuglice u svemiru,” objašnjava André Izidoro, vodeći autor studije i docent planetarnih znanosti na Riceu. Kada divovski planeti međusobno gravitacijski djeluju, mogu izbaciti jedan drugoga iz unutarnjeg sustava. No, umjesto da završe izbačeni u međuzvjezdani prostor, neki bivaju uhvaćeni gravitacijskim utjecajem drugih zvijezda u skupini, i ostaju na ekstremno udaljenim orbitama.

Simulacije su pokazale da se ti “gravitacijski udarci” često događaju u ključnim trenucima razvoja sustava. Ako planet u tom trenutku naiđe na odgovarajući gravitacijski kontekst, primjerice blisku prolaznu zvijezdu, njegova orbita se može stabilizirati daleko od matične zvijezde, ali i ostati trajno vezana za nju.

Nastanak udaljenih planeta kao obrazac?

Autori studije definiraju udaljene planete kao one s poluosi orbite između 100 i 10.000 astronomskih jedinica. To su razdaljine koje znatno premašuju tipične granice protoplanetarnih diskova. U gotovo svim simulacijama, neovisno o tipu sustava (od sličnih Sunčevu do onih s dvostrukim zvijezdama), pojavljuje se isti obrazac: unutarnje nestabilnosti rezultiraju izbacivanjem planeta na široke orbite, a okolno zvjezdano okruženje im ponekad osigura dugotrajnu stabilnost.

Zanimljivo je da isti proces može objasniti i postojanje takozvanih lutajućih plneta, svjetova koji u potpunosti napuštaju svoje sunčeve sustave. U trenutku kada gravitacijske interakcije postanu previše snažne, planet više ne ostaje vezan za zvijezdu i odlazi u međuzvjezdani prostor. Studija tako stvara most između dviju pojava: udaljenih planeta i odlutalih, slobodnih objekata koji se kreću galaksijom bez zvijezde.

“Većina izbačenih planeta neće imati sreće,” kaže Nathan Kaib, suautor studije. “Ali ako se sve poklopi, planet može ostati zarobljen. To nam daje tragove o podrijetlu kako udaljenih tako i slobodnih planeta.”

Autori navode kako je učinkovitost “zarobljavanja” osobito izražena u sustavima poput našeg, gdje postoji mješavina plinovitih i ledenih divova. U takvim sustavima šanse da se planet trajno smjesti na široku orbitu iznose između 5 i 10 posto. U sustavima s isključivo ledenim divovima ili s dvostrukim zvijezdama ta je učinkovitost znatno manja.

Planet devet kao mogući proizvod ranog kaosa

Premda Planet devet nikada nije izravno opažen, čudne orbite nekoliko transneptunskih objekata ukazuju na njegovo postojanje. Nova studija daje ovoj hipotezi dodatnu težinu. Ako je Sunčev sustav prošao kroz dvije nestabilne faze — rast Urana i Neptuna, te kasnije međusobno razmještanje plinovitih divova — postoji do 40% šanse da je objekt sličan Planetu devet ostao zarobljen na udaljenoj orbiti.

Osim toga, autori navode da su široke orbite najvjerojatnije oko zvijezda s visokim udjelom metala i postojećim divovskim planetima, što pruža konkretne smjernice za buduće astronomske kampanje.

S obzirom na to da se teleskop Vera C. Rubin uskoro očekuje u punom pogonu, šanse za detekciju Planeta devet ili sličnih udaljenih objekata znatno se povećavaju. Njegova sposobnost da sustavno pretražuje nebo u visokoj rezoluciji mogla bi donijeti konačan odgovor — bilo kroz otkriće planeta, bilo kroz dokaz da takav objekt ipak ne postoji. Dok znanstvenici sve jasnije razumiju nastanak udaljenih planeta, otkriće novog patuljastog planeta na rubu Sunčeva sustava dodatno potvrđuje da naši kozmički susjedi kriju još mnogo iznenađenja.