Kredit gambar: NWU
Orbit aneh dari tiga planet yang melingkar di sekitar bintang yang jauh dapat dijelaskan hanya jika planet keempat yang tidak terlihat menembus dan menjatuhkan mereka dari orbit bulat mereka, menurut kajian baru oleh penyelidik di University of California, Berkeley, dan Northwestern University.
Kesimpulannya berdasarkan ekstrapolasi komputer dari 13 tahun pemerhatian pergerakan planet di sekitar bintang Upsilon Andromedae. Ini menunjukkan bahawa orbit bukan bulat dan seringkali sangat elips dari banyak planet ekstrasur yang ditemui hingga kini mungkin merupakan hasil dari planet yang saling berselerak. Dalam senario seperti itu, planet yang terganggu dapat ditembak keluar dari sistem sepenuhnya atau dapat ditendang ke orbit jauh, meninggalkan planet dalam dengan orbit eksentrik.
"Ini mungkin salah satu dari dua atau tiga sistem ekstrasolar yang mempunyai pemerhatian terbaik dan kekangan yang ketat, dan ia menceritakan kisah yang unik," kata Eric Ford, seorang rakan pasca doktoral Miller di UC Berkeley. "Penjelasan kami adalah bahawa orbit asli planet luar itu berbentuk bulat, tetapi tendangan tiba-tiba ini yang secara permanen mengubah orbitnya menjadi sangat eksentrik. Untuk memberikan tendangan itu, kami membuat hipotesis bahawa ada planet tambahan yang tidak kita lihat sekarang. Kami yakin sekarang kami memahami bagaimana sistem ini berfungsi. "
Sekiranya planet seperti itu telah melalui sistem suria kita pada awal sejarahnya, para penyelidik mencatat, planet-planet dalaman mungkin sekarang tidak mempunyai orbit bulat yang baik, dan, berdasarkan andaian semasa mengenai asal usul kehidupan, iklim Bumi mungkin terlalu banyak berubah-ubah untuk hidup telah timbul.
"Walaupun planet dalam sistem suria kita tetap stabil selama berbilion tahun, itu tidak berlaku bagi planet yang mengorbit Upsilon Andromedae," kata Ford. "Walaupun planet-planet itu mungkin terbentuk serupa dengan Musytari dan Saturnus, orbit mereka saat ini diukir oleh fasa akhir interaksi kacau dan ganas."
Menurut rakan sekerja Ford, Frederic A. Rasio, profesor fizik dan astronomi bersekutu di Northwestern, "Hasil kami menunjukkan bahawa mekanisme sederhana, yang sering disebut 'planet-planet scattering' - semacam kesan katapel akibat tarikan graviti secara tiba-tiba antara dua planet ketika berada berdekatan antara satu sama lain - mesti bertanggungjawab untuk orbit yang sangat eksentrik yang diperhatikan dalam sistem Upsilon Andromedae. Kami percaya penyerakan planet-planet sering berlaku dalam sistem planet ekstrasolar, bukan hanya yang ini, yang disebabkan oleh ketidakstabilan yang kuat. Jadi, sementara sistem planet di sekitar bintang lain mungkin umum, jenis sistem yang dapat menyokong kehidupan, yang, seperti sistem suria kita, mungkin mesti tetap stabil dalam skala waktu yang sangat lama, mungkin tidak begitu umum. "
Simulasi komputer dilaporkan dalam edisi 14 April jurnal Nature oleh Ford, Rasio dan Verene Lystad, seorang pelajar sarjana jurusan fizik di Northwestern. Ford adalah pelajar Rasio di Massachusetts Institute of Technology sebelum melanjutkan pengajian siswazah di Princeton University dan tiba di UC Berkeley pada tahun 2004.
Sistem planet di sekitar Upsilon Andromedae adalah salah satu sistem 160-yang paling banyak dikaji dengan planet yang ditemui sejauh ini di luar sistem suria kita sendiri. Planet dalaman, "Musytari panas" yang sangat dekat dengan bintang sehingga orbitnya hanya beberapa hari, ditemui pada tahun 1996 oleh Geoff Marcy dari UC Berkeley dan pasukannya yang mencari planet. Kedua-dua planet luar, dengan orbit memanjang yang saling mengganggu kuat, ditemui pada tahun 1999. Ketiga-tiga planet besar seperti Musytari di sekitar Upsilon Andromedae terdiri daripada sistem multi-planet ekstrasolar pertama yang ditemui oleh spektroskopi Doppler.
Oleh kerana sifat orbit planet yang luar biasa di sekitar Upsilon Andromedae, Marcy dan pasukannya telah mempelajarinya secara mendalam, membuat hampir 500 pemerhatian - 10 kali lebih banyak daripada kebanyakan planet ekstrasolar lain yang telah dijumpai. Pemerhatian ini, goyangan dalam gerakan bintang yang disebabkan oleh planet-planet yang mengorbit, memungkinkan penentuan pergerakan planet-planet di sekitar bintang dengan tepat.
"Pemerhatian sangat tepat sehingga kami dapat menonton dan meramalkan apa yang akan terjadi selama puluhan ribu tahun di masa depan," kata Ford.
Hari ini, sementara planet paling dalam berkerumun dekat dengan bintang, dua planet luar mengorbit pada orbit berbentuk telur. Simulasi komputer perubahan orbit masa lalu dan masa depan menunjukkan, bagaimanapun, bahawa planet luar terlibat dalam tarian berulang yang, sekali setiap 7.000 tahun, membawa orbit planet tengah menjadi bulatan.
"Kekayaan untuk kembali ke orbit yang sangat bulat cukup luar biasa dan umumnya tidak berlaku," kata Ford. "Penjelasan semula jadi adalah bahawa mereka pernah berada di orbit bulat, dan satu mendapat tendangan besar yang menyebabkannya menjadi eksentrik. Kemudian, evolusi seterusnya menyebabkan planet lain mengembangkan eksentrisitasnya, tetapi kerana penjimatan tenaga dan momentum sudut, ia kembali secara berkala ke orbit yang hampir bulat. "
Sebelumnya, ahli astronomi telah mencadangkan dua senario yang mungkin untuk pembentukan sistem planet Upsilon Andromedae, tetapi data pemerhatian belum cukup untuk membezakan kedua model tersebut. Ahli astronomi lain, Renu Malhotra di University of Arizona, sebelumnya telah menyatakan bahawa penyebaran planet-planet mungkin telah mengasyikkan eksentrik di Upsilon Andromedae. Tetapi penjelasan alternatif mendakwa bahawa interaksi antara planet dan cakera gas yang mengelilingi bintang juga boleh menghasilkan orbit eksentrik tersebut. Dengan menggabungkan data pemerhatian tambahan dengan model komputer baru, Ford dan rakan-rakannya dapat menunjukkan bahawa interaksi dengan cakera gas tidak akan menghasilkan orbit yang diperhatikan, tetapi interaksi dengan planet lain secara semula jadi akan menghasilkannya.
"Ciri pembezaan utama antara teori-teori itu ialah interaksi dengan cakera luar akan menyebabkan orbit berubah dengan perlahan, dan interaksi yang kuat dengan planet yang lewat akan menyebabkan orbit berubah dengan cepat berbanding skala waktu 7,000 tahun untuk orbit untuk berkembang, ”kata Ford. "Kerana kedua-dua hipotesis membuat ramalan yang berbeza untuk evolusi sistem, kita dapat mengekang sejarah sistem berdasarkan orbit planet saat ini."
Ford mengatakan bahawa ketika planet-planet terbentuk di dalam cakera gas dan debu, seretan pada planet-planet tersebut akan menjadikan orbitnya tetap bulat. Namun, setelah debu dan gas hilang, hanya interaksi dengan planet yang melintas yang dapat membuat orbit tertentu dari dua planet luar yang diperhatikan hari ini. Mungkin, katanya, planet yang terganggu itu tersingkir ke planet dalam oleh interaksi dengan planet lain yang jauh dari bintang pusat.
Walau bagaimanapun ia bermula, interaksi huru-hara yang dihasilkan akan menghasilkan orbit yang sangat eksentrik untuk planet ketiga, yang kemudian secara beransur-ansur mengganggu orbit planet kedua. Kerana planet luar menguasai sistem, lama-kelamaan ia mengganggu orbit planet tengah sehingga dapat mengubahnya perlahan menjadi orbit eksentrik juga, seperti yang dilihat hari ini, walaupun setiap 7,000 tahun atau lebih, planet tengah kembali secara beransur-ansur menjadi bulat orbit.
"Inilah yang menjadikan sistem ini sangat aneh," kata Rasio. "Biasanya, gandingan graviti antara dua orbit elips tidak akan membuat seseorang kembali ke bulatan yang hampir sempurna. Lingkaran sangat istimewa. "
"Pada mulanya objektif utama penyelidikan kami adalah untuk mensimulasikan sistem planet Upsilon Andromedae, pada dasarnya untuk menentukan sama ada dua planet luar terletak di bidang yang sama seperti planet di tata surya," kata Lystad, yang mulai bekerja dengan Rasio semasa dia pelajar tahun dua dan melakukan banyak integrasi komputer sebagai sebahagian daripada tesis seniornya. "Kami terkejut apabila mendapati bahawa, untuk banyak simulasi kami, sukar untuk mengetahui sama ada planet-planet itu berada dalam satah yang sama kerana fakta bahawa orbit planet tengah secara berkala menjadi sangat hampir bulat. Sebaik sahaja kami melihat tingkah laku pelik ini terdapat dalam semua simulasi kami, kami mengenalinya sebagai ciri sistem yang telah mengalami hamburan planet-planet. Kami menyedari ada sesuatu yang jauh lebih menarik daripada yang pernah dijumpai oleh orang lain sebelum ini. "
Memahami apa yang berlaku semasa pembentukan dan evolusi Upsilon Andromedae dan sistem planet ekstrasolar lain mempunyai implikasi besar bagi sistem suria kita sendiri.
"Sebaik sahaja anda menyedari bahawa kebanyakan planet ekstrasur yang diketahui mempunyai orbit yang sangat eksentrik (seperti planet di Upsilon Andromedae), anda mula tertanya-tanya apakah mungkin ada sesuatu yang istimewa mengenai sistem suria kita," kata Ford. “Mungkinkah penyebaran planet-planet yang ganas sangat umum sehingga beberapa sistem planet tetap tenang dan dapat dihuni? Nasib baik, ahli astronomi - diketuai oleh Geoff Marcy, seorang profesor astronomi di UC Berkeley - dengan tekun membuat pemerhatian yang akhirnya akan menjawab soalan menarik ini. "
Penyelidikan ini disokong oleh National Science Foundation dan UC Berkeley’s Miller Institute for Basic Research.
Sumber Asal: Siaran Berita Berkeley
