行星系統在有序和混沌的邊界形成。它起源於分子云——一大團寒冷的、主要由氫氣組成的氣體，可以坍縮形成恆星。隨著中心恆星的形成，雲的剩餘部分扁平成一個旋轉的原行星盤，從湍流的氣體、冰和塵埃漩渦中編織出世界。從那時起，更大規模的混亂可能會隨之而來，因為較大的行星會推動較小的行星。巨行星之間也會發生爭鬥，它們競相收集多餘的物質並變得更加巨大，有時會將不幸的失敗者從系統中 eject 出，進行一場“最後的行星站立”混戰。
科學家們長期以來一直認為，我們自己的太陽系——一種“有序”的排列，即小的天體靠近太陽，大的天體離太陽更遠——是這種複雜過程的典型結果。但是美國國家航空航天局的行星獵手開普勒任務揭示，大多數系統根本不像我們自己的系統，而是具有“相似”的配置，即緊密排列的世界，大小和質量幾乎相同，就像豆莢裡的豌豆一樣。
圖片來源：阿曼達·蒙塔內斯；資料來源：Lokesh Mishra 等人在《天文學與天體物理學》第 670 卷（2023 年）中發表的“系外行星系統架構框架”
這種差異激發了天體物理學家 Lokesh Mishra（現就職於 IBM）、伯爾尼大學的 Yann Alibert 及其同事研究可能存在的其他架構。對於現代望遠鏡來說，這是一項艱鉅的任務，但計算機模型可以輕鬆地探索這個問題。透過他們的研究，他們注意到觀測資料中的第三種系統型別——“混合”分佈的洗牌式大小行星——並且他們的模擬預測了另一種：一種“反序”架構，即世界離恆星越遠，體積和質量就越小。這些發現發表在《天文學與天體物理學》的兩篇研究中，強化了相似架構最常見的結論，並表明像我們自己的有序系統是最稀有的。“我相信，在幾年內，我們將擁有類似行星形成的‘標準模型’，”Mishra 說。“行星系統的不同架構如何出現是任何標準模型都必須回答的問題。”
至關重要的是，這項研究引入了一個新的數學框架，用於根據任何可觀測的特徵（例如質量或大小）量化系統中行星之間的相似性；一個數字揭示了行星之間該特徵的總值範圍，另一個數字反映了這些值通常在行星之間變化多大。這可以幫助揭示揭示行星系統誕生和增長的廣泛規則的模式——以及這些有序規則在何處失效。例如，將他們的模型預測與觀測結果相匹配表明，相似系統的豌豆莢行星是從平靜的、低質量的原行星盤中出現的，而質量較高的圓盤更容易製造出像我們自己的系統中的木星那樣的大行星，這些行星可以混亂地相互作用，產生其他三種架構。強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和其他設施可能很快就能測試其中的一些想法。
芝加哥大學天體物理學家丹尼爾·法布里奇（Daniel Fabrycky）並未參與這項新研究，他說，即將到來的觀測使這類研究尤其有價值。“這是關於構建一些概念，我們期望在未來能夠圍繞這些概念得出有趣的結論，”他說。“這始終是一個好主意，因為做出預測然後驗證它們比觀察到令人驚訝的事情然後在事後粉飾理論更科學穩健。”