Planetsystemernes orbitale fladhed

Solsystemets planeter kredser alle mere eller mindre om Solen i et plan. Sammenlignet med Jordens bane, som definerer planet ved nul grader, banen med den største vinkel er Merkurs, hvis hældning er 7 grader (vinklen på dværgplaneten Plutos bane er 17,2 grader). Planeternes kredsløbsegenskaber udvikler sig, efterhånden som den protoplanetariske skive af gas og støv forsvinder, og da de unge planeter selv migrerer i skiven som reaktion på deres gensidige gravitationspåvirkninger og virkninger af materiale i skiven. Astronomer erkender derfor, at planetsystemets baneudseende afspejler dets evolutionære historie.

Planetsystemet TRAPPIST-1 består af syv planeter på størrelse med Jorden, der kredser om en lille stjerne (en masse på kun 0,09 solmasser) omkring fyrre lysår fra Solen. Først opdaget af TRAPPIST-teleskoperne, opfølgende observationer med IRAC-kameraet på Spitzer og K2-missionen, blandt andre, har nu bestemt planetmasserne med præcision mellem 5-12% og forfinet andre egenskaber ved systemet. Bemærkelsesværdigt, systemet er langt det fladeste kendte:dets kredsløbshældning er kun 0,072 grader. Denne ekstreme fladhed er potentielt en meget vigtig begrænsning for dannelsen og udviklingen af ​​systemet. Systemet er også meget kompakt med den fjerneste af dets syv planeter, der kun kredser omkring 0,06 astronomiske enheder fra stjernen (i vores solsystem, Merkur kredser mere end fem gange længere væk). I en så tæt pakket konfiguration vil planeternes gensidige gravitationsattraktioner være særligt vigtige påvirkninger på detaljer som orbitalhældningerne.

CfA astronomer Matthew Heising, Dimitar Sasselov, Lars Hernquist, og Ana Luisa Tió Humphrey brugte 3D computersimulering af den gasformige skive og planeter til at studere en række mulige formationsmodeller, herunder flere, der var blevet foreslået i tidligere undersøgelser. Ved at vide, at den gasformige protostellare skive påvirker planeternes migrationsegenskaber, forskerne var også særligt interesserede i at udforske, hvad den minimale diskmasse kunne have været for TRAPPIST-1-systemet. De tilpassede computerkoden AREPO, som er blevet brugt med succes i fortiden primært til kosmologiske simuleringer.

Astronomerne konkluderer, at i overensstemmelse med nogle tidligere spekulationer, de syv planeter er sandsynligvis dannet sekventielt, hver i begyndelsen i en afstand fra stjernen, hvor temperaturen falder nok til, at vandet kan fryse, og vandrer derefter indad, samler sig langsomt på vejen og stopper, når dens kredsløb er påvirket af tilstedeværelsen af ​​de andre planeter på passende vis. Der kræves kun en beskeden diskmasse, omkring 0,04 solmasser, med modellerne, der også adresserer distributionen af ​​materiale på disken, og desuden kan astronomerne udelukke diskmasser mere end omkring femten gange denne værdi. Det nye arbejde demonstrerer, hvordan simuleringer af planetsystemer kan bruges til at udlede bemærkelsesværdige detaljer om, hvordan de er dannet og udviklet sig.