Едва сформировавшись в протопланетном диске, молодое небесное тело активно взаимодействует с окружающим газом.
Трение протопланеты о диск ускоряет её движение к звезде. Этот процесс, называемый миграцией первого типа, долгое время ставил теоретиков в тупик: если планеты мигрируют так быстро, то почему они вообще существуют?Ответ, по-видимому, кроется в магнетизме родительской звезды.
Протозвёзды типа Т Тельца имеют очень сильные магнитные поля — в тысячи раз сильнее солнечного. Это магнитное поле настолько мощное, что выметает газ из ближайших окрестностей звезды, создавая пустую полость — по-научному это называется магнитосферная каверна. Внутри неё юные экзопланеты могут замедлить своё падение на звезду.
Российские ученые создали 3D магнитно-гидродинамическую модель системы "молодая звезда + магнитосфера + аккреционный диск + планета". В отличие от предыдущих моделей, трёхмерная симуляция учитывает пространственную структуру магнитного поля, нестационарные потоки газа и динамику орбитальных параметров планеты в реальном времени. Результаты исследования опубликованы на сайте Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Численные расчёты показали, что экзопланета, попавшая в магнитную полость, замедляет своё движение к звезде и останавливается задолго до возможного столкновения. Если планета ещё не вошла в полость и движется во внутреннем диске, её судьба зависит от звёздного магнетизма. Магнитосфера вызывает волны плотности и изгибные волны в диске, что позволяет планете остановиться на значительно большем расстоянии от звезды. В нестационарном режиме аккреции, когда раскалённые нити газа пронизывают магнитосферу, миграция ускоряется, но лишь до ближайшей ловушки.
Если планета достигает границы каверны, газ по обе стороны от неё движется с разной скоростью, что заставляет планету двигаться вместе с границей. Особый интерес вызывает судьба планет на наклонных орбитах. В этом случае механизм Козаи-Лидова приводит к нарастанию эксцентриситета орбиты, что периодически приближает планету к звезде сильнее, чем средний радиус орбиты.
Сегодня известно более пяти тысяч экзопланет, и немалое число из них — (супер)горячие (супер)юпитеры, которые осели на орбитах с периодами в несколько дней, а то и часов.
Стандартные модели миграции предсказывают, что они должны были упасть на звезду. Однако расчёты астрофизиков показывают, что магнитосфера создаёт иерархию механизмов торможения, и планета может задержаться на любом из них в зависимости от параметров системы.
Александр Колдоба, заведующий кафедрой моделирования и технологий разработки нефтяных месторождений в МФТИ, прокомментировал результаты следующим образом: «Трёхмерная симуляция позволила нам увидеть то, что было недоступно в плоских моделях: магнитосфера непрерывно реструктурирует диск, запуская цепочку обратных связей. Экзопланета в такой системе активно взаимодействует с магнитным полем через диск, что объясняет разнообразие наблюдаемых орбитальных конфигураций экзопланет».
Похже, картина складывается такая, что строение любой планетной системы в видимой Вселенной отражает "отпечаток" магнетизма её родительской звезды в прошлом. Следующий шаг — сравнение модельных предсказаний с данными космического телескопа JWST, который наблюдает молодые звёздные системы в высоком разрешении.