Un sistem de exoplanetă cu 6 lumi se găsește în rezonanța orbitală

La o distanță de 200 de ani lumină de Pământ, există o stea de secvență principală de tip K numită TOI (obiect TESS interesant) 178. Când a fost observată de Adrian Leleu, astrofizician la Centrul pentru spațiu și obișnuință de la Universitatea din Berna, se pare că au două planete care orbitează în jurul ei la aceeași distanță Aproximativ. Dar acest lucru sa dovedit a fi fals. De fapt, șase exoplanete se învârt în jurul tinerei stele.

Și cinci dintre cei șase sunt închiși într-o formațiune orbitală neașteptată.

Cinci dintre planete participă la un dans ritmic rar în jurul stelei. Astrologic, se află într-o stare extraordinară Rezonanță orbitală, Ceea ce înseamnă că orbitele lor din jurul stelei afișează modele repetate. Această proprietate îl face un subiect interesant de studiu și ne poate spune multe despre modul în care planetele se formează și evoluează.

„Din alte observații, ne-am dat seama că nu există două planete care orbitează steaua la aproximativ aceeași distanță de aceasta, ci că există mai multe planete într-o configurație foarte specială.”

Adrian Leleu, Space and Habitat Center, Universitatea din Berna.

Adrian Leleu conduce o echipă de cercetători care au studiat acest fenomen neobișnuit. Ei și-au prezentat concluziile într-o lucrare intitulată „Șase planete în tranzit și o serie de ecouri Laplace în TOI-178. Lucrarea a fost publicată în Journal of Astronomy and Astrophysics.

În observațiile inițiale ale echipei, a rezultat că există doar două planete, dintre care cinci se mișcă într-un mod care păcălește ochiul. Dar alte observații au arătat că se întâmplă altceva în sistem. Autorul principal Leleu a spus: „Din alte observații, ne-am dat seama că nu există două planete care orbitează steaua la aproximativ aceeași distanță de aceasta, ci că există mai multe planete într-o configurație foarte specială”.

READ  SpaceX a lansat pentru prima dată prototipul SN10 Starship pentru a se pregăti pentru un zbor de testare

În animația acestui artist, mișcarea ritmică a planetelor din jurul stelei centrale este reprezentată de o armonie muzicală, creată de proporțiile unei observații (la o scară pentagonală) față de fiecare dintre planetele din seria rezonantă. Această notă muzicală este redată atunci când planeta completează fie o orbită completă, fie o jumătate de orbită; Când planetele se aliniază în aceste puncte ale orbitelor lor, ele rezonează. Credit: ESO

Rezonanța orbitală a TOI-178 seamănă cu o altă rezonanță orbitală familiară aici în sistemul nostru solar. Aceasta include lunile lui Jupiter, Io, Europa și Ganymede.

Rezonanța orbitală comună pentru Ganimedes, Europa și Io este destul de simplă. Io realizează patru orbite complete pentru fiecare orbită Ganymede și două orbite europene complete. Dar relația planetară din jurul TOI-178 este mai complicată.

Cele cinci exoplanete ale TOI-178 se află în seria de ecouri 18: 9: 6: 4: 3. Prima din serie și a doua din stea completează 18 revoluții, a doua din serie și a treia din steaua care finalizează 9 orbite și continuând de acolo. Cea mai apropiată planetă de stea nu face parte din lanț.

Pentru ca un sistem să își orbiteze steaua într-un mod ordonat și previzibil, condițiile trebuie să fie relativ calme în acel sistem. Impacturile uriașe sau migrațiile planetare l-ar fi perturbat. „Orbitele acestui sistem sunt foarte bine organizate, ceea ce ne spune că acest sistem a evoluat foarte frumos de la naștere”, a explicat co-autorul Jan Allbert de la Universitatea din Berna.

Dar mai sunt multe.

În sistemul nostru solar, micile planete interioare sunt toate stâncoase, în timp ce planetele din sistemul solar exterior sunt mari și gazoase. Dincolo de Neptun este o regiune de planete pitice de gheață și obiecte din centura Kuiper. Credit de imagine: NASA / JPL / IAU

În sistemul nostru solar, planetele interioare sunt stâncoase, iar planetele din afara centurii de asteroizi nu. Este invaziv. Acesta este unul dintre acele cazuri în care am putea fi tentați să credem că sistemul nostru solar este un fel de normă. Dar sistemul TOI-178 este mult diferit. Gazele și planetele stâncoase nu sunt identificate așa cum sunt în sistemul nostru.

“Se pare că există o planetă la fel de densă ca Pământul, lângă o planetă foarte subțire cu jumătate din densitatea lui Neptun, urmată de o planetă la fel de densă ca Neptun. Nu cu asta suntem obișnuiți”, a spus Nathan Hara de la Universitatea din Geneva, Elveția, unul dintre cercetătorii implicați în studiu.

„Acest contrast între armonia ritmică a mișcării orbitale și densitățile neregulate provoacă cu siguranță înțelegerea noastră despre formarea și evoluția sistemelor planetare”, spune Leleu.

Echipa a folosit unele dintre cele mai avansate și pionieri instrumente ale Observatorului European în această lucrare. espresso Instrument pe VLT și NGTS Si Speculus Instrumente în Observatorul Paranal ESO. De asemenea, au folosit Agenția Spațială Europeană Chipsuri Satelit extrasolar. Toate aceste instrumente într-un fel sau altul se specializează în studierea exoplanetelor, care sunt aproape imposibil de detectat cu un telescop „obișnuit”.

Exoplanetele sunt foarte departe de Pământ, iar lumina copleșitoare a stelelor lor le face aproape invizibile într-un telescop optic obișnuit.

Instrumentele utilizate în acest studiu descoperă și caracterizează exoplanetele în două moduri diferite. Dar totul este despre detectarea luminii. Metoda de tranzit utilizată de NGTS (Next Generation Transit Survey), CHEOPS (Satellite Characterization of Exoplanets) și SPECULOOS (Căutare planete locuibile din stele ULtra-COOOl) detectează declinarea în lumina stelelor pe măsură ce o exoplanetă trece în fața stelei sale. Metoda vitezei radiale folosită de ESPRESSO detectează deplasările în spectrul natural al luminii unei stele atunci când o exoplanetă trage steaua și își schimbă foarte puțin poziția.

Folosind mai multe instrumente cu diferite metode și capabilități, echipa a reușit să descrie sistemul în detaliu. Planeta mai adâncă din sistem, care este incompatibilă cu alte planete, se mișcă mai repede. Își completează orbita în doar două zile de la Pământ. Cea mai lentă planetă se mișcă de zece ori mai lent decât atât. Planetele au dimensiuni cuprinse între una și trei dimensiuni ale Pământului, iar masele lor variază de la 1,5 la 30 de ori masa Pământului.

Rezonanțele orbitale ale planetelor sunt în perfect echilibru. Autorii scriu că „formarea orbitală a TOI-178 este prea fragilă pentru a rezista la șocuri uriașe, sau chiar la întâlniri apropiate importante … o schimbare bruscă în perioada unei planete cu mai puțin de 0,01 d planete ar putea duce la haos.” datele „… demonstrează că modificarea unei singure axe de perioadă poate rupe structura rezonantă a întregii serii.”

Această descoperire înseamnă mai multă muncă pentru astronomi. Rezonanța orbitală neobișnuită și poziția planetelor înseamnă că acestea trebuie să regândească unele dintre teoriile noastre despre formarea și evoluția planetelor și a sistemelor solare.

Această cifră din studiu compară densitatea, masa și temperatura de echilibru ale planetelor TOI-178 cu alte sisteme de exoplanete.  În Kepler-60, Kepler-80 și Kepler-223, densitatea planetară scade odată cu scăderea temperaturii de echilibru.  Spre deosebire de cele trei sisteme Kepler, în sistemul TOI-178, densitatea planetară nu este o funcție în creștere a temperaturii de echilibru.  Echipa din spatele studiului spune că, dacă pot înțelege de ce sistemul TOI-178 este atât de diferit, ar putea deveni un fel de piatră Rosetta pentru descifrarea sistemului solar și dezvoltarea planetelor.  Credit de imagine: Leleu și colab., 2021.
Această cifră din studiu compară densitatea, masa și temperatura de echilibru ale planetelor TOI-178 cu alte sisteme de exoplanete. În Kepler-60,
Planetele Kepler 80 și Kepler 223 sunt mai puțin dense
Când temperatura de echilibru scade. Spre deosebire de cele trei sisteme Kepler, în sistemul TOI-178, densitatea planetelor nu crește
Funcția de echilibrare a temperaturii. Echipa din spatele studiului spune că, dacă pot înțelege de ce sistemul TOI-178 este atât de diferit, ar putea deveni un fel de piatră Rosetta pentru descifrarea sistemului solar și dezvoltarea planetelor. Credit de imagine: Leleu și colab., 2021.

După cum scriu autorii în lucrarea lor: „Determinarea arhitecturii sistemelor multi-planetare este una dintre pietrele de temelie pentru înțelegerea formării și evoluției planetelor. Sistemele de rezonanță sunt deosebit de importante, deoarece fragilitatea formării lor orbitale asigură faptul că nu există dispersie sau coliziune majoră. evenimentul a avut loc de la etapa inițială de formare, când discul planetar original nu era. Există încă.

Ipoteza nebulară, numită și Modelul discului de nebuloasă solară (SNDM), este teoria de lucru a formării sistemului nostru solar și multe altele. Potrivit modelului, un nor molecular gigant suferă un colaps gravitațional și, atunci când suficient gaz se colectează împreună, în cele din urmă începe să se contopească și începe viața stelară. Steaua va captura cea mai mare parte a materialului din nor, iar în sistemul nostru solar, Soarele are partea leului: aproximativ 99,86%.

Alcătuiește materialul rămas Discul planetar primar, Care se învârte în jurul stelei sub forma unei plăcinte turtite. Când materialele se strâng într-un disc planetar primar rotativ, ele formează în cele din urmă planete. Există unele probleme cu ipoteza nebuloasei, iar alte teorii au încercat să le explice.

Acestea sunt imagini cu discuri protoplanetare din apropiere.  În centrul fiecărei stele există o stea mică, iar golurile din discuri sunt rezultatul formării exoplanetelor.  Credit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews și colab.  ;  NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Acestea sunt imagini cu discuri protoplanetare din apropiere. În centrul fiecărei stele există o stea mică, iar golurile din discuri sunt rezultatul formării exoplanetelor. Credit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews și colab. ; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Dar acest sistem provoacă această teorie. SNDM sugerează că în apropierea stelei se formează planete terestre stâncoase. Încep ca un embrion planetar și prin fuziuni violente creează planete precum Venus, Mercur, Marte și Pământ. Giganții gazoși, conform SNDM, se formează în afara liniei de îngheț din sistemul solar, unde embrionii planetei sunt formați din volatili înghețați.

Dar sistemul TOI-178 provoacă această înțelegere. Dacă planetele din acest sistem urmează sistemul SNDM, planetele de gaz vor fi mai departe de stea, iar planetele stâncoase vor fi mai aproape. Deoarece nu sunt, ceva trebuie să-i fi dezactivat. Dar dacă ceva i-ar perturba, orbitele lor nu ar fi concepute cu un ritm atât de minunat. Este un mister.

„Înțelegerea perturbării care apare într-un cadru în ceea ce privește densitatea planetelor pe o parte și nivelul ridicat de ordine văzut în arhitectura orbitală pe cealaltă parte va provoca modelele de formare a sistemului planetar”, au scris ei.

Astfel de sisteme sunt greu de înțeles, dar în cele din urmă îi determină pe cercetători să gândească mai serios și să observe pe deplin.

Echipa de oameni de știință a scris în concluzia lor: „Sistemul TOI-178, așa cum a relevat observațiile recente prezentate în această lucrare, are o serie de caracteristici foarte importante: Ecoul lui Laplace, Variația densității de la planetă la planetă și luminozitatea stelară care permit o serie de observații ulterioare (fotometrie, atmosferă și spectroscopie). Așadar, va deveni probabil una dintre pietrele lui Rashid pentru înțelegerea formării și evoluției planetei, chiar dacă se descoperă planete suplimentare care continuă în lanțul de ecou Laplace în timp ce orbitează în interiorul zonei locuibile. “

Mai Mult:

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *