В 40 световых годах от Земли находится система TRAPPIST-1 — вокруг холодного красного карлика вращаются семь планет, сопоставимых по размеру с Землей. С 2017 года эта система остается в центре внимания ученых, поскольку три планеты располагаются в обитаемой зоне, где теоретически возможна жидкая вода. При этом долгое время оставалось неясно, способны ли такие миры удерживать собственные спутники.

Новое исследование, выполненное Шубхамом Деем и Шоном Реймондом, показывает, что наличие лун в системе TRAPPIST-1 не исключено. Однако такие спутники должны быть небольшими и находиться на близких орбитах вокруг своих планет.

Ученые провели тысячи компьютерных симуляций, моделируя поведение гипотетических спутников. Для каждой планеты они разместили по сто виртуальных лун на круговых орбитах, за пределами зоны, где приливные силы могли бы разрушить спутник. В изолированных расчетах выяснилось, что устойчивые орбиты возможны от предела Роша до примерно половины радиуса Хилла.

Однако планеты TRAPPIST-1 образуют тесную резонансную цепочку и постоянно влияют друг на друга. При учете гравитации соседних миров зона стабильности для спутников заметно сужалась. Особенно сильный эффект наблюдался у внутренней планеты TRAPPIST-1 b и у TRAPPIST-1 e, расположенной в обитаемой зоне. В итоге внешняя граница устойчивых орбит сокращалась до 40–45 процентов радиуса Хилла.

Авторы работы отмечают, что решающую роль играет не влияние одной соседней планеты, а суммарное притяжение всей системы. При этом пространство для существования спутников сохраняется, если они обращаются достаточно близко к своей планете.

Расчеты также показали, что крупные луны со временем будут терять орбитальную устойчивость и падать на поверхность планет. На протяжении миллиардов лет выжить могли бы лишь спутники с массой менее одной десятимиллионной массы Земли, причем у внешних планет допустимы несколько более массивные объекты.

Прямое обнаружение таких спутников пока недоступно современной астрономии. Тем не менее исследование показывает, что плотная и резонансная структура TRAPPIST-1 не запрещает существование лун, а лишь накладывает жесткие ограничения на их размеры и расстояние до планет.