Загадкова система із шести екзопланет з ритмічним рухом кидає виклик теоріям планетоутворення

Використовуючи комбінацію телескопів, астрономи виявили систему, яка складається з шести екзопланет, п′ять з яких замкнені в рідкісному ритмі навколо своєї центральної зірки. Дослідники вважають, що система може дати важливі підказки про те, як утворюються та еволюціонують планети, включаючи Сонячну систему.

Про це розповідають в Європейській південній обсерваторії (ESO).

Перший раз, коли команда спостерігала TOI-178 — зірку, що знаходиться за 200 світлових років у сузір’ї Скульптора, — вони думали, що помітили дві планети, які обертаються навколо неї на одній орбіті. Однак, при більш пильному погляді виявилося дещо зовсім інше. “Подальшими спостереженнями ми зрозуміли, що навколо зірки на приблизно однаковій відстані знаходяться не дві планети, а кілька планет у дуже особливій конфігурації”, - говорить Едріен Лелеу з Женевського університету та Бернського університету в Швейцарії, який очолив нове дослідження системи, опубліковане 25 січня в журналі "Astronomy & Astrophysics".

Нове дослідження показало, що система може похвалитися шістьма екзопланетами і що всі, крім найближчої до зірки, замкнені в ритмічному танці, коли вони рухаються своїми орбітами. Іншими словами, вони знаходяться в резонансі. Це означає, що існують повторювані схеми, коли планети обходять зірку, причому деякі планети вирівнюються кожні кілька орбіт. Подібний резонанс спостерігається на орбітах трьох місяців Юпітера: Іо, Європи та Ганімеда. Іо, найближча з трьох до Юпітера, виконує чотири повних оберти навколо Юпітера за кожний оберт, який здійснює Ганімед, найдальша з них, і два повні оберти на кожен оберт, який здійснює Європа.

П'ять зовнішніх екзопланет системи TOI-178 слідують у набагато складнішому резонансному ланцюгу, одному з найдовших, ще не відкритих у планетних системах. У той час, як три місяці Юпітера знаходяться в резонансі 4:2:1, п'ять зовнішніх планет в системі TOI-178 слідують у ланцюгу 18:9:6:4:3. Це виглядає так: поки друга планета від зірки (перша в резонансному ланцюзі) виконує 18 обертів, третя планета від зірки (друга в ланцюзі) — 9 обертів і так далі. Насправді, вчені спочатку знайшли лише п'ять планет в системі, але, дотримуючись цього резонансного ритму, вони підрахували, де на орбіті буде додаткова планета, коли у них буде вікно для спостереження за системою.

Більше, ніж просто орбітальна дивина, цей танок резонансних планет дає підказки про минуле системи. “Орбіти в цій системі дуже добре впорядковані, що говорить нам про те, що ця система еволюціонувала досить м'яко з моменту свого народження”, - пояснює співавтор Ян Аліберт з Бернського університету. Якби система була значно порушена на початку свого життя, наприклад, гігантським ударом, то ця тендітна конфігурація орбіт не вижила б.

Безлад в ритмічній системі

Але навіть якщо орбіти розташовані акуратно та добре впорядковано, щільності планет “набагато більш безладні”, зазначає Натан Хара із Женевського університету, який також брав участь у дослідженні. “Схоже, що поряд з пухкою планетою з половиною щільності Нептуна знаходиться планета з такою ж щільністю, як Земля, за якою слідує планета зі щільністю Нептуна. Це не те, до чого ми звикли.” Наприклад, у нашій Сонячній системі планети розташовані акуратно, при чому кам’янисті, щільніші планети ближче до центральної зірки, а пухкі газові планети низької щільності — далі.

“Цей контраст між ритмічною гармонією орбітального руху і безладною щільністю, безумовно, кидає виклик нашому розумінню утворення та еволюції планетних систем”, - говорить Лелеу.

Комбінація методів

Для дослідження незвичної архітектури системи команда використала дані супутника Європейського космічного агентства CHEOPS разом із наземним інструментом ESPRESSO на Дуже великому телескопі ESO, а також NGTS та SPECULOOS, які розміщені в обсерваторії ESO в Параналі, Чилі. Оскільки екзопланети надзвичайно складно помітити безпосередньо за допомогою телескопів, тому астрономи повинні покладатися на інші методи їх виявлення. Основними методами, що використовувалися, були: візуалізація транзитів — спостереження за світлом, випромінюваним центральною зіркою, який слабшає, коли екзопланета проходить перед нею при спостереженні із Землі, — і радіальна швидкість — спостереження за спектром світла зірки на наявність невеликих коливань, які відбуваються, коли екзопланети рухаються своїми орбітами. Команда використовувала обидва методи для спостереження за системою: CHEOPS, NGTS та SPECULOOS для транзитів та ESPRESSO для радіальних швидкостей.

Поєднавши два методи, астрономи змогли зібрати ключову інформацію про систему та її планети, які обертаються навколо своєї центральної зірки набагато ближче і набагато швидше, ніж Земля навколо Сонця. Найшвидша (найвнутрішня планета) виконує оберт всього за пару днів, тоді як найповільніша — приблизно у десять разів довше. Розміри шістьох планет приблизно від одного до трьох разів перевищують розміри Землі, а їхня маса у 1,5-30 разів більше маси Землі. Деякі з планет кам’янисті, але більші за Землю — ці планети відомі як Супер-Землі. Інші — це газові планети, як і зовнішні планети в нашій Сонячній системі, але вони набагато менші — їх називають Міні-Нептунами.

Хоча жодна із шести знайдених екзопланет не знаходиться у жилій зоні зірки, дослідники припускають, що, продовжуючи резонансний ланцюг, вони зможуть знайти додаткові планети, які могли б існувати в цій зоні або дуже близько до неї. Надзвичайно великий телескоп ESO, який повинен розпочати роботу у цьому десятилітті, зможе безпосередньо зображати скелясті екзопланети в жилій зоні зірки і навіть характеризувати їх атмосферу, надаючи можливість більш детально познайомитись із системами, такими, як TOI-178.

Читайте ще цікаві новини про космос.