Загадочная система из шести экзопланет с ритмичным движением бросает вызов теориям планетообразования

Используя комбинацию телескопов, астрономы обнаружили систему, которая состоит из шести экзопланет, пять из которых заперты в редком ритме вокруг своей центральной звезды. Исследователи считают, что система может дать важные подсказки о том, как образуются и эволюционируют планеты, включая Солнечную систему.

Об этом рассказывают в Европейской южной обсерватории (ESO).

Первый раз, когда команда наблюдала TOI-178 — звезду, находящуюся в 200 световых годах от нас в созвездии Скульптора, — они думали, что заметили две планеты, которые вращаются вокруг нее на одной орбите. Однако, при более пристальном взгляде оказалось нечто совсем другое. «При дальнейших наблюдениях мы поняли, что вокруг звезды на примерно одинаковом расстоянии находятся не две планеты, а несколько планет в очень особой конфигурации», - говорит Эдриен Лелеу из Женевского университета и Бернского университета в Швейцарии, который возглавил новое исследование системы, опубликованное 25 января в журнале "Astronomy & Astrophysics".

Новое исследование показало, что система может похвастаться шестью экзопланетами и все, кроме ближайшей к звезде, запертые в ритмическом танце, когда они движутся по своим орбитам. Иными словами, они находятся в резонансе. Это означает, что существуют повторяющиеся схемы, когда планеты обходят звезду, причем некоторые планеты выравниваются каждые несколько орбит. Подобный резонанс наблюдается на орбитах трех лун Юпитера: Ио, Европы и Ганимеда. Ио, ближайшая из трех к Юпитеру, выполняет четыре полных оборота вокруг Юпитера за каждый оборот, который осуществляет Ганимед, самая дальняя из них, и два полных оборота на каждый оборот, который осуществляет Европа.

Пять внешних экзопланет системы TOI-178 следуют в гораздо более сложной резонансной цепи, одной из самых длинных, еще не открытых в планетных системах. В то время, как три луны Юпитера находятся в резонансе 4:2:1, пять внешних планет в системе TOI-178 следуют в цепи 18:9:6:4:3. Это выглядит так: пока вторая планета от звезды (первая в резонансной цепи) выполняет 18 оборотов, третья планета от звезды (вторая в цепи) — 9 оборотов и так далее. На самом деле, ученые сначала нашли только пять планет в системе, но, следуя этому резонансному ритму, они подсчитали, где на орбите будет дополнительная планета, когда у них будет окно для наблюдения за системой.

Больше, чем просто орбитальная диковина, этот танец резонансных планет дает подсказки о прошлом системы. «Орбиты в этой системе очень хорошо упорядочены, что говорит нам о том, что эта система эволюционировала достаточно мягко с момента своего рождения», - объясняет соавтор Ян Алиберт из Бернского университета. Если бы система была значительно нарушена в начале своей жизни, например, гигантским ударом, то эта хрупкая конфигурация орбит не выжила бы.

Беспорядок в ритмической системе

Но даже если орбиты расположены аккуратно и хорошо упорядочены, плотности планет "гораздо более беспорядочны", отмечает Натан Хара из Женевского университета, который также принимал участие в исследовании. «Похоже, что рядом с пушистой планетой с половиной плотности Нептуна находится планета с такой же плотностью, как Земля, за которой следует планета с плотностью Нептуна. Это не то, к чему мы привыкли.» Например, в нашей Солнечной системе планеты расположены аккуратно, причем каменистые, плотные планеты ближе к центральной звезде, а пушистые газовые планеты низкой плотности — дальше.

«Этот контраст между ритмической гармонией орбитального движения и беспорядочной плотностью, безусловно, бросает вызов нашему пониманию образования и эволюции планетных систем», - говорит увы.

Комбинация методов

Для исследования необычной архитектуры системы команда использовала данные спутника Европейского космического агентства CHEOPS вместе с наземным инструментом ESPRESSO на Очень большом телескопе ESO, а также NGTS и SPECULOOS, расположенных в обсерватории ESO в Паранале, Чили. Поскольку экзопланеты чрезвычайно сложно заметить непосредственно с помощью телескопов, поэтому астрономы должны полагаться на другие методы их обнаружения. Основными методами, которые использовались, были: визуализация транзитов — наблюдение за светом, излучаемым центральной звездой, который ослабевает, когда экзопланета проходит перед ней при наблюдении с Земли, — и радиальная скорость — наблюдение за спектром света звезды на наличие небольших колебаний, которые происходят, когда экзопланеты движутся по своим орбитам. Команда использовала оба метода для наблюдения за системой: CHEOPS, NGTS и SPECULOOS для транзитов и ESPRESSO для радиальных скоростей.

Соединив два метода, астрономы смогли собрать ключевую информацию о системе и ее планеты, которые вращаются вокруг своей центральной звезды гораздо ближе и гораздо быстрее, чем Земля вокруг Солнца. Самая быстрая (самая внутренняя планета) выполняет оборот всего за пару дней, тогда как самая медленная — примерно в десять раз дольше. Размеры шести планет примерно от одного до трех раз превышают размеры Земли, а их масса в 1,5-30 раз больше массы Земли. Некоторые из планет каменистые, но больше Земли — эти планеты известны как Супер-Земли. Остальные — это газовые планеты, как и внешние планеты в нашей Солнечной системе, но они намного меньше — их называют Мини-Нептунами.

Хотя ни одна из шести найденных экзопланет не находится зоне обитаемости звезды, исследователи предполагают, что, продолжая резонансную цепь, они смогут найти дополнительные планеты, которые могли бы существовать в этой зоне или очень близко к ней. Очень большой телескоп ESO, который должен начать работу в этом десятилетии, сможет непосредственно изображать скалистые экзопланеты в зоне обитаемости звезды и даже характеризовать их атмосферу, предоставляя возможность более подробно познакомиться с системами, такими, как TOI-178.

Читайте еще интересные новости о космосе.