Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, Университета Техаса в Остине, Йельского университета и Национального тайваньского педагогического университета обнаружили, что немало солнцеподобных звёзд появляются с наклонённой относительно своих протопланетных дисков осью вращения. Протопланетные диски — это облака газа и пыли, из которых рождаются солнечные системы.
«Все молодые звёзды имеют такие диски, но мы мало что знали об их ориентации относительно оси вращения материнских звёзд», — сказал доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Брендан Боулер, изучающий формирование и эволюцию планет через их орбиты и атмосферы, и являющийся старшим автором исследования, опубликованного в журнале Nature.
Основываясь на общем выравнивании оси вращения нашего Солнца с осями вращения планет в нашей Солнечной системе, предполагалось, что звёзды и их планетные диски возникают и вращаются либо точно выровненными, либо очень близко к этому, объяснил он. «Эта работа ставит под сомнение эти многовековые предположения», — сказал Боулер.
С тех пор как в начале 1990-х годов были обнаружены экзопланеты — планеты, вращающиеся вокруг других звёзд, — астрофизики ломали головы над разнообразием ориентаций вращения материнских звёзд относительно орбит ближайших к ним планет.
«Стало большим сюрпризом, что некоторые планеты находятся на орбитах, которые чрезвычайно наклонены относительно оси вращения материнской звезды», — сказала Лорен Биддл, постдокторант Техасского университета в Остине и ведущий автор исследования. С тех пор предпринимались попытки объяснить динамику, которая могла бы привести к такой архитектуре планетной системы.
Одна из идей заключается в том, что после формирования планет гравитационные взаимодействия со звездой-компаньоном могут наклонить орбиту планеты относительно материнской звезды, сказала Биддл. «Или, возможно, после формирования планет особенно массивная планета на внешнем краю системы может гравитационно взаимодействовать с планетами, расположенными ближе к звезде», — добавила она.
Ведущая идея состоит в том, что планетные системы и их звёзды начинают жизнь выровненными, но со временем, за миллиарды лет, системы могут стать смещёнными, сказала она. «Но оставался вопрос о том, были ли эти орбиты унаследованы от процесса их формирования», — добавил Боулер.
Чтобы выяснить это, исследователи использовали данные из Большого миллиметрового/субмиллиметрового массива Атакама (ALMA), спутника для поиска транзитных экзопланет (TESS) и перепрофилированной миссии Кеплера по поиску экзопланет (K2) для измерения наклонов звёзд и дисков и получения данных о наклоне материнских звёзд относительно их дисков для выборки из 49 молодых изолированных звёзд и их протопланетных дисков.
Результат их исследования показал, что примерно две трети звёзд и протопланетных дисков были выровнены, а треть — смещена. Небольшое количество смещённых ориентаций материнских звёзд и планетных дисков намекает на более элегантную модель происхождения наклонов планетарных систем: некоторые из них просто рождаются такими.
«Это меняет нашу интерпретацию», — продолжил Боулер. «Это означает, что нам не нужно много динамики после формирования, взаимодействий и событий, связанных с рассеянием планет».
Конечно, существуют звёзды и планетные системы, которые действительно подвергаются значительным взаимодействиям и могут быть объяснены только сложной динамикой, согласно Боулеру. И, добавил он, изучение других звёзд и их солнечных систем даёт контекст для понимания нашей собственной системы с шестиградусным наклоном между нашим Солнцем и Солнечной системой.
«Если мы думаем о науке как о своего рода бритве Оккама, где в конечном итоге побеждает наименее сложная модель, учитывая данные, это хороший пример того, как Солнце просто вписывается в это изначальное распределение наклонов звёзд», — сказал Боулер.
Будущая работа в этой области может включать дальнейшие исследования того, как именно эти солнцеподобные звёзды и их протопланетные диски создают наклонённые ориентации на ранних стадиях формирования Солнечной системы. «Теперь мы знаем, что по крайней мере треть из них наклонена», — сказал Боулер, но почему это так, остаётся без ответа.