Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца более или менее в плоскости. По сравнению с орбитой Земли, которая определяет плоскость под нулевым градусом, орбита с наибольшим углом — это орбита Меркурия с наклоном 7 градусов (угол орбиты карликовой планеты Плутон составляет 17,2 градуса). Орбитальные характеристики планет изменяются по мере того, как протопланетный диск из газа и пыли рассеивается, а сами молодые планеты мигрируют в диске в ответ на их взаимное гравитационное влияние и влияние материала в диске. Поэтому астрономы признают, что внешний вид планетной системы на орбите отражает ее эволюционную историю.
Планетная система TRAPPIST-1 состоит из семи планет размером с Землю, вращающихся вокруг небольшой звезды (масса всего 0,09 солнечной массы) примерно в сорока световых годах от Солнца. Впервые обнаруженные телескопами TRAPPIST, последующие наблюдения с помощью камеры IRAC на Спитцере и миссии K2, среди прочего, к настоящему времени определили массы планет с точностью от 5 до 12% и уточнили другие свойства системы. Примечательно, что эта система на сегодняшний день является самой плоской из известных: ее орбитальное наклонение составляет всего 0,072 градуса. Эта крайняя плоскостность потенциально является очень важным препятствием для формирования и развития системы. Система также очень компактна: самая дальняя из ее семи планет вращается вокруг звезды всего на 0,06 астрономических единиц (в нашей солнечной системе Меркурий вращается более чем в пять раз дальше).
Астрономы CfA использовали трехмерное компьютерное моделирование газового диска и планет для изучения ряда возможных моделей образования, включая некоторые из них, предложенные в предыдущих исследованиях. Зная, что газообразный протозвездный диск влияет на миграционные свойства планет, ученые также были особенно заинтересованы в изучении минимальной массы диска для системы TRAPPIST-1. Они адаптировали компьютерный код AREPO, который в прошлом успешно использовался в основном для космологического моделирования.
Астрономы пришли к выводу, что в соответствии с некоторыми более ранними предположениями, семь планет, вероятно, сформировались последовательно, каждая из которых первоначально находилась на таком расстоянии от звезды, где температура падает настолько, чтобы вода могла замерзнуть, а затем мигрирует внутрь, медленно увеличиваясь по пути и останавливаясь. когда на его орбиту соответствующим образом влияет присутствие других планет. Требуется лишь небольшая масса диска, около 0,04 массы Солнца, при этом модели также учитывают распределение вещества внутри диска, и, кроме того, астрономы могут исключить массы диска, которые примерно в пятнадцать раз превышают эту величину. Новая работа демонстрирует, как моделирование планетных систем может быть использовано для вывода замечательных деталей о том, как они формировались и разрушались.