A legtöbb csillagászat iránt érdeklődő ismeri a felfedezésekor igen nagy szenzációnak számító TRAPPIST-1 rendszert, amelyben 7, a Földhöz hasonló méretű, kőzetekből álló exobolygó kering egy igen közeli, 40 fényévre lévő vörös törpecsillag körül. Az asztrofizikusok és az asztrobiológusok szerint ezek a bolygók kecsegtető célpontot nyújtanak azoknak, akik a Földön kívüli életet kutatják. Talán sokak számára az is ismert, hogy a rendszer bolygói érdekes mintázatot mutatnak a központi csillag körüli keringési időt tekintve. Egy nemrégiben megjelent tanulmány pedig lerántotta a leplet arról, hogy hogyan alakulhatott ki ez a mintázat.

Amikor egy fiatal csillag körül bolygók keletkeznek, azok pályái gyakran rezonanciába kerülnek egymással, tehát a keringési idejük hányadosa két egész szám hányadosával írható le. Például ha egy adott bolygó pontosan kétszer annyi idő alatt keringi körül a központi csillagát, mint egy másik bolygó a rendszerben, 2:1-es rezonanciáról beszélünk. Az idő előrehaladtával azonban ezek a rezonanciák sok esetben instabillá válnak, és a kezdetben kialakult mintázatok az idő előrehaladtával eltűnnek. Ez a jelenség megfigyelhető a Naprendszerünkben is. A TRAPPIST-1 rendszer azonban különlegesnek számít ezen a téren, az ott található exobolygóknak ugyanis sikerült stabilan megőrizniük egy bizonyos rezonanciamintázatot.

A TRAPPIST-1 rendszer Földhöz hasonló méretű kőzetbolygói. Az ábra alján a Föld méretarányosan kicsinyített változata is látszik. (Forrás: NASA/JPL–Caltech.)

A kutatók szerint a stabil rezonancia egyik oka a rendszer kompaktságában rejlik: a TRAPPIST-1 rendszerben lévő bolygók ugyanis jócskán közelebb keringenek a csillagukhoz, mint a Földhöz a Merkúr. A bolygórendszer f, g és h jelű bolygójának keringési ideje 3:2 rezonanciák láncolatával írható le, amely a viszonylag egyszerű rezonanciák közé tartozik. A rendszer belsőbb bolygói azonban ennél furcsább mintázatot mutatnak: a b és a c jelű bolygó például 8:5-ös rezonanciában van, míg a c és a d jelű 5:3-asban. Felvetődik tehát a kérdés: hogyan alakulhatott ki ez a bonyolult konfiguráció?

Egy kutatócsoport megvizsgálta a TRAPPIST-1 rendszer fejlődésének történetét, hogy választ kapjon erre a sokakat izgalomba hozó kérdésre, és kimutatta, hogy a stabil rezonancia létrejötte valószínűleg a bolygók kialakulásának helyszínéül szolgáló, a fiatal TRAPPIST-1 körül található, úgynevezett protoplanetáris korongban zajló folyamatokra vezethető vissza.

A számítások szerint a csillag körül a legbelső bolygók alakultak ki először, így a kutatócsoport két alcsoportra osztotta a TRAPPIST-1 bolygóit, mégpedig a b, c, d és e bolygókból álló belső bolygók, illetve az f,g és h bolygókból álló külső bolygók csoportjára. Az ezután következő modellezés eredményeként kiderült, hogy a rendszer fejlődésének története három meghatározó időszakra osztható.

A fejlődés legkorábbi időszakában a számítások alapján a négy belső bolygó keringési ideje 3:2-es rezonanciák láncolatát mutatta, tehát a b és c, a c és d, valamint a d és e bolygók keringési idejének aránya is a 3:2 volt. Ezek a bolygók a központi vörös törpecsillag elődjeként szolgáló protocsillag körüli anyaggyűjtő korong anyagából alakultak ki, majd ahogy beindultak a fúziós folyamatok a központi csillagban, az anyaggyűjtő korongnak a csillaghoz közeli részét felemésztették a fúziós folyamatok, és így a korong egyre kijjebb vándorolt a rendszerben.

Az ezt követő időszakban az e-vel jelölt bolygó a modellek szerint távolodni kezdett a csillagtól, illetve a másik három belső bolygóktól, ezzel felbontva a belső bolygók keringésének stabil, 3:2-es rezonanciáját. Ennek hatására a belső bolygók pályája megváltozott, és a keringési idők elkezdtek a 8:5-ös, illetve 5:3-as rezonanciák irányába változni. A központi csillag, illetve a rendszer külső bolygóinak együttes gravitációs erejének hatására a belső bolygók keringési ideje beállt a ma ismert, stabil rezonanciába.

A fejlődés harmadik, vagyis utolsó szakaszában alakultak ki a TRAPPIST-1 rendszer külső bolygói, amelyek hatására az e-vel jelölt bolygó visszalökődött a belső bolygók közelébe, és elfoglalta ma is ismert helyét.

A kutatók szerint a TRAPPIST-1 rendszer történetének modellezése izgalmas új távlatokat nyithat a bolygórendszerek kutatásának témakörében, hiszen így távolabbi bolygórendszerek történetét is megismerhetjük, és választ kaphatunk azokra a kérdésekre, hogy hogyan alakulhattak ki bennük ezek az érdekes, gyakran megfigyelt rezonanciamintázatok.

Az itt leírtakról szóló eredmény a Nature Astronomy című szaklapban jelent meg. Büszkén jelenthetjük ki, hogy a tanulmány szerzője, és egyben a kutatás fő ötletgazdája a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének tudományos munkatársa, Ramon Brasser, aki kiemelte, hogy a TRAPPIST-1 rendszer sajátosságainak vizsgálatával nemcsak az exobolygók világához kerülünk közelebb, hanem átértékelhetjük saját otthonunk, a Naprendszer fejlődésével kapcsolatos nézeteinket is.

A cikk forrása: https://www.space.com/trappist-1-history-orbital-resonance