Астрономы открыли загадочную планетную систему возле звезды TOI-178

Используя комбинацию телескопов, в том числе Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории (VLT ESO), астрономы обнаружили систему, состоящую из шести экзопланет, пять из которых связаны в редком ритме движения вокруг своей центральной звезды. Ученые считают, что система может дать важные подсказки о том, как планеты, в том числе в Солнечной системе, образуются и развиваются.

Когда астрономы впервые наблюдали TOI-178, звезду на расстоянии около 200 световых лет в созвездии Скульптора, они подумали, что заметили две планеты, вращающиеся вокруг нее по одной орбите. Однако при более внимательном рассмотрении обнаружилось совсем другое.

«В ходе дальнейших наблюдений мы поняли, что там было не две планеты, вращающихся вокруг звезды примерно на одном и том же расстоянии от нее, а было несколько планет в совершенно особой конфигурации», — говорят ученые.

Новое исследование показало, что система может похвастаться шестью экзопланетами и что все, кроме одной, ближайшей к звезде, двигаются в особом ритме по своим орбитам.

Другими словами, они находятся в резонансе. Это означает, что существуют закономерности, которые повторяются при обращении планет вокруг звезды, причем некоторые планеты выравниваются через каждые несколько проходов своих орбит. Аналогичный резонанс наблюдается на орбитах трех спутников Юпитера: Ио, Европы и Ганимеда. Ио, ближайший к Юпитеру из трех, совершает четыре полных оборота вокруг Юпитера на каждую орбиту, которую делает самый дальний спутник Ганимед, и две полные орбиты на каждую орбиту, которую делает Европа.

Пять внешних экзопланет системы TOI-178 следуют гораздо более сложной цепи резонанса, одной из самых длинных из обнаруженных. В то время как три спутника Юпитера находятся в резонансе 4: 2: 1, пять внешних планет в системе TOI-178 следуют цепочке 18: 9: 6: 4: 3: — в то время как вторая планета от звезды (первая из резонансных) совершает 18 витков, третья планета от звезды (вторая в цепочке) совершает 9 витков и так далее.

Фактически, ученые первоначально обнаружили в системе только пять планет, но, следуя этому резонансному ритму, они вычислили, где на ее орбите будет находиться дополнительная планета, когда у них будет окно для наблюдения за системой.

Этот танец резонирующих планет — больше, чем просто любопытный факт, он дает ключ к разгадке прошлого системы.

«Орбиты в этой системе очень хорошо упорядочены, что говорит нам о том, что эта система эволюционировала довольно долго и плавно с момента своего рождения», — объясняет соавтор открытия Янн Алиберт из Бернского университета. «Если бы система была серьезно нарушена в начале своей жизни, например, в результате гигантского удара, эта хрупкая конфигурация орбит не сохранилась бы.»

Но даже если орбиты расположены аккуратно и упорядоченно, плотности планет «гораздо более беспорядочные», — говорят астрономы.

«Похоже, что есть планета такой же плотной, как Земля, рядом с планетой с плотностью вдвое меньшей Нептуна, за которой следует планета с плотностью Нептуна. Это не то, к чему мы привыкли».

В нашей Солнечной системе, например, планеты аккуратно расположены: более плотные скалистые планеты находятся ближе к центральной звезде, а менее плотные газовые планеты с низкой плотностью — дальше.

Этот контраст между ритмической гармонией орбитального движения и беспорядочной плотностью, безусловно, бросает вызов нашему пониманию формирования и эволюции планетных систем.

Чтобы исследовать необычную архитектуру системы, ученые использовали данные со спутника CHEOPS Европейского космического агентства, а также наземного инструмента ESPRESSO на VLT ESO, а также NGTS и SPECULOOS, расположенных в обсерватории Paranal в Чили.

Поскольку экзопланеты чрезвычайно сложно обнаружить непосредственно с помощью телескопов, астрономы должны вместо этого полагаться на другие методы для их обнаружения. Основные используемые методы — визуализация транзитов — наблюдение за светом, излучаемым центральной звездой, который тускнеет, когда экзопланета проходит перед ней при наблюдении с Земли, — и лучевые скорости — наблюдение за световым спектром звезды на наличие небольших признаков колебаний, которые происходят как экзопланеты движутся по своим орбитам.

Ученые использовали оба метода для наблюдения за системой: CHEOPS, NGTS и SPECULOOS для транзитов и ESPRESSO для лучевых скоростей.

Объединив эти два метода, астрономы смогли собрать ключевую информацию о системе и ее планетах, которые вращаются вокруг своей центральной звезды намного ближе и быстрее, чем Земля вращается вокруг Солнца.

Самая быстрая (самая внутренняя планета) совершает оборот по орбите всего за пару дней, а самая медленная — примерно в десять раз дольше. Шесть планет имеют размеры от одного до трех раз больше Земли, а их масса в 1,5-30 раз больше массы Земли. Некоторые планеты каменистые, но больше Земли — эти планеты известны как Суперземли. Другие представляют собой 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 в обитаемой зоне звезды, исследователи предполагают, что, продолжая резонансную цепочку, они могут найти дополнительные планеты, которые могут существовать в этой зоне или очень близко к ней.

Чрезвычайно большой телескоп ESO (ELT), который должен начать работать в этом десятилетии, сможет напрямую получать изображения каменистых экзопланет в обитаемой зоне звезды и даже характеризовать их атмосферы, предоставляя возможность познакомиться с такими системами, как TOI-178.