Задача трех тел — одна из самых сложных проблем Природы. Гравитационные взаимодействия и результирующие движения трех тел, как известно, трудно предсказать из-за нестабильности. Планета, вращающаяся вокруг двух звезд, является примером задачи трех тел, но иногда ее называют «ограниченной задачей трех тел». В этом случае существуют некоторые потенциально устойчивые орбиты для планеты.
Новое исследование показывает, что близлежащая пара Альфа Центавра AB может принимать Суперюпитер на стабильной орбите.
Исследование называется «Устойчивость потенциального Супер Юпитера в системе Альфа Центавра». Оно доступно на сайте препринтов arxiv.org. Единственный автор — Тинлун Фэн, студент Сианьского университета Цзяотун в Китае.
«Задача трех тел, которая ищет устойчивые конфигурации орбит среди гравитирующих тел, является давней проблемой в небесной механике», — пишет Фэн. Фэн изучает ? Centauri AB, нашего ближайшего двойного соседа, чтобы понять, может ли система содержать суперюпитер и какой орбите может следовать гигантская планета.
Фэн не первый астроном, который взялся за эту проблему. «Как ближайшая к Земле тройная звездная система, система Альфа Центавра привлекла разнообразные исследования в астрономии, включая стабильность экзопланет», — пишет Фэн. Хотя вся система Альфа Центавра является тройной звездной системой, ? Центавра AB достаточно далеки от третьей звезды, чтобы составлять двойную систему.
Существуют некоторые решения задачи трех тел, если одно из тел имеет пренебрежимо малую массу по сравнению с двумя другими. ? Центавра AB — пара звезд, подобных Солнцу. ? Центавра A — звезда класса G, немного массивнее Солнца, и ? Центавра B — звезда класса K, немного менее массивная, чем Солнце.
Исследование сравнивает систему ? Centauri AB с похожей звездной системой под названием GJ65AB (Gliese 65). Это двойная пара, в которой, как известно, находится экзопланета с массой Нептуна. Хотя Gliese 65 является парой М-карликов, сравнение все равно ценно, поскольку они «имеют схожие соотношения масс и эксцентриситеты орбит», пишет Фэн. Gliese 65 также находится близко, всего в 8,8 световых годах от Земли. Фэн также провел моделирование системы ? Centauri AB, чтобы проверить идею о том, что она содержит экзопланету.
«Сходство между GJ65AB и Alpha Centauri AB, вместе с недавно обнаруженным стабильным супернептуном в системе GJ65, предполагает стабильность соответствующего потенциального суперюпитера в Alpha Centauri AB», — пишет Фэн. Системы Gliese 65 и Alpha Centauri AB имеют почти идентичные соотношения масс и эксцентриситеты. Если GJ65 может иметь планету на стабильной орбите, может ли ? Centauri AB также иметь ее?
Фэн использовал метод среднего экспоненциального фактора роста близких орбит (MEGNO) для проверки потенциальной стабильности суперюпитера в ? Centauri AB. Сначала он использовал его для моделирования системы GJ65AB и недавно обнаруженной планеты, чтобы проверить орбитальную стабильность планеты. Затем он сделал то же самое с ? Centauri AB. «Для этого моделирования мы ограничили большую полуось планеты диапазоном от 0,1 до 5,0 а.е. и эксцентриситеты менее 0,5», — пишет Фэн.
Моделирование MEGNO для Gliese 65 показало, что недавно обнаруженная планета с массой Нептуна должна быть стабильной.
а.е., которая содержит все стабильные орбиты для ? в диапазоне от 0 до 0,5 и до ~0,35 а.е., которая содержит все стабильные орбиты для ? в диапазоне от 0 до 0,5», — объясняет Фэн. Кредит изображения: Feng 2024.
Следующим шагом было найти стабильные орбиты для планеты, вращающейся вокруг ? Центавра AB. Для этого Фэн использовал ? Центавра A в качестве основной звезды и ввел планету массой 350 земных на расстоянии 23,336 а.е. Все остальные параметры были аналогичны GJ65, но масштабированы до ? Центавра AB. «Мы вычислили стабильную зону с ?
«Охватывает диапазон от 0,1 до ~ 2,2 а.е., а θ варьируется от 0 до 0,5», — пишет Фэн.
Фэн говорит, что «потенциально стабильная планета» должна иметь ? примерно равный 1,189 и ? примерно равный 0,33. Эти числа помещают планету в стабильную зону в результатах MEGNO.
Конечно, ничего из этого не означает, что там есть планета. Это просто показывает, что доступна потенциальная стабильная орбита.
Работа Фэна предполагает, что экзопланеты в двойных системах с почти идентичными массовыми отношениями и эксцентриситетами могут демонстрировать схожие свойства стабильности. «Из этой гипотезы, вместе с недавно обнаруженной планетой с массой Нептуна в системе GJ65, которая похожа на Альфа Центавра AB, мы предполагаем, что существование потенциальной планеты с массой Юпитера с соответствующими орбитальными параметрами в Альфа Центавра AB также должно быть возможным», — пишет Фэн.
Вокруг ? Centauri AB не обнаружено никаких планет, но это не значит, что их там нет. Наши методы поиска планет далеки от абсолютных, и в близлежащих системах наверняка есть много планет, которые мы пока не смогли обнаружить.
Есть много предложений о миссиях в этот регион или о телескопах, предназначенных для более глубокого исследования системы. У их соседа, Проксимы Центавра, есть две подтвержденные экзопланеты. И были заманчивые намеки на то, что у Альфа Центавра А есть планета, но она остается только кандидатом.
Настоящее обнаружение или решительное необнаружение могут произойти через годы или десятилетия. Кто знает? Но, по крайней мере, работа Фэна показывает, что в системе может быть стабильный орбитальный дом для супер-Юпитера.
