Illusztráció egy kóbor bolygóról.
(Forrás: [NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab])

A régi idők csillagászai a bolygók kialakulásáról alkotott elméleteikben a Naprendszert vették alapul, főként azért, mert akkoriban ezeket az égitesteket tudták jól megfigyelni. A helyzet azonban az, hogy a Naprendszer elég „jól nevelt”: a bolygók többé-kevésbé ugyanabban a keringési síkban mozognak, és pályájuk nem kifejezetten excentrikus (elnyúlt). Ahogy egyre több exobolygót fedeztünk fel, a csillagászok elkezdték kétségbe vonni a bolygók kialakulásával kapcsolatos elméleteket.

A HD 106906 jelű kettős rendszer például egy aszimmetrikus törmelékkoronggal rendelkezik, és egy olyan bolygóval, amely nem a koronggal megegyező síkban kering. A bolygó ráadásul a két központi csillagtól 730 csillagászati egységre van, ami a Nap–Föld távolság 730-szorosa. A rendszer szokatlan felépítése arra sarkallta a kutatókat, hogy megvizsgálják kialakulásának feltételeit, mert egy ehhez hasonló rendszer fejlődésének megismerése értékes adatokkal bővítheti tudásunkat. A Nathaniel Moore (Georgia Institute of Technology) vezette kutatócsoport tanulmányát a The Astrophysical Journal című szaklap fogadta el közlésre.

A bolygók kialakulására eddig két fő elméletet dolgoztak ki: a magakkréciót (tömegbefogást) és a gravitációs instabilitást vagy kollapszust. Az alábbi ábrán ezt a két forgatókönyvet látjuk. A bolygók mindkét esetben egy protoplanetáris korongban alakulnak ki, ami azt jelenti, hogy azonos keringési síkból indulnak. A HD 106906 jelű rendszer léte már ezt az alapvetést megkérdőjelezi, hiszen egy elég nagy tömegű bolygóval rendelkezik távol a korongtól, ráadásul egy másik keringési síkban.

A bolygók kialakulásának két lehetséges módja: az akkréciós modell (balra) és a gravitációs instabilitási modell (jobbra). (Forrás: NASA and A. Feild (STScI); CC BY 4.0])
 

A kutatók azt a lehetőséget vizsgálták meg, hogy a rendszer HD 106906b jelű bolygója a korongban alakult ki, de nemrégiben (nagyjából 1–5 millió éve) találkozhatott egy szabadon vándorló, kóbor bolygóval, ami kilökte a korongból, és excentrikus pályára taszította. Ez a találkozó a korongot is megváltoztathatta. N-test szimulációkkal (az égitestek kölcsönhatásainak vizsgálatával) tesztelték az elméletet, és megnézték, hogy milyen megfigyelések születnének e forgatókönyv alapján az égitestekről. Ezután összehasonlították a szimuláció eredményét a valós adatokkal.

A kutatók először azt próbálták eldönteni, hogy a rendszer már régóta ilyen, vagy egy nemrégiben bekövetkezett esemény változtatta meg. Ehhez a bolygópálya excentricitásának, dőlésszögének és fél nagytengelyének különböző kombinációit vizsgálták. A szimulációkban számításba vették a sugárnyomás hatásait is. A központi égitestre is két különböző variációt vettek figyelembe: az egyikben egy kettőscsillag, a másikban egyetlen központi égitest szerepelt egy extra együtthatóval. (Ennek köszönhetően úgy viselkedik, mint egy kettőscsillag, de pontosabb számítások végezhetők vele.) A szimulációk főbb eredményei az alábbi ábrán láthatók.

A szimulációk eredményei az 1 millió éves (balra fent), az 5 millió éves (balra lent) és a 10 millió éves (jobbra lent) fejlődési állapot szerint, összehasonlítva Crotts és munkatársai 2021-es megfigyeléseivel. A modellezett korong egymillió éves esetben nagyon hasonló a valósághoz. Az 5 és 10 millió éves korong mérete és fényessége azonban meghaladta a megfigyelt értékeket. (Forrás: Moore et al. 2023)

A szimulációkból a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a korong és a bolygó jelenlegi konfigurációja csupán 1–5 millió éve alakulhatott ki, ami a rendszer 13 millió éves korát tekintve egészen újnak számít. Ha a kiváltó esemény régebben történt volna, akkor az 5 és 10 millió éve fennálló állapotok szimulációi jobban megfelelnének a valós adatoknak.

Az ezt követő szimulációkban azt vizsgálták, hogy mi történhet akkor, ha a HD 106906 jelű rendszer bolygójához közel elhalad egy 11±1 jupitertömegű kóbor bolygó. Vajon egy ilyen találkozó előidézheti a jelenlegi elrendeződést? Az alábbi ábrán egy ilyen váratlan látogatás lehetséges kimeneteleit látjuk.

A piros színnel ábrázolt kóbor bolygó elrepülhet a rendszer mellett úgy, hogy nem változtat annak szerkezetén, de helyet is cserélhet az eredeti bolygóval (kék), ami így kilökődik a rendszerből, vagy akár csatlakozhat is a rendszerhez. (Forrás: Moore et al. 2023)

A kutatók 100 ezer kezdeti feltétel kimenetelét vizsgálták meg. (A 100 ezer feltételt úgy állították össze, hogy a bolygók legkisebb távolsága kevesebb, mint 50 csillagászati egység volt.) Eredményeiket az alábbi ábra mutatja, mely szerint néhány esetben akár a kóbor bolygó csatlakozott a rendszerhez, akár az eredeti bolygó maradt benne, a szimulációk megfelelnek a megfigyeléseknek.

A kóbor bolygó és a HD 106906 jelű rendszer bolygójának találkozásairól futtatott szimulációk eredményei. A szaggatott téglalapban lévő pontok a rendszer megfigyelt paramétereinek megfelelő eseteket jelzik (vagyis amelyek a pálya excentricitására, fél nagytengelyére és dőlésszögére vonatkozó jelenlegi becslésekkel megegyeznek). A kék pontok jelölik azokat a megfigyelésekkel egyező eredményeket, ahol a rendszer bolygója bent marad a rendszerben. A piros pontok azokat az eredményeket jelölik, amikor a kóbor bolygó csatlakozik a rendszerhez. Szürke pontok jelölik a 100 ezer szimuláció más paramétereit. (Forrás: Moore et al. 2023)

A kutatók következtetése szerint egy kóbor bolygóval történt találkozás megmagyarázhatja a rendszer jelenlegi szerkezetét. A közeli találkozás modellje csak az esetek 0,2%-ában felelt meg a megfigyeléseknek, de ez a rendszer rendkívül szokatlan, úgyhogy a kialakulásának esélye mindenképpen kicsi kellett, hogy legyen.

Forrás: AASNova