Используя комбинацию телескопов, включая Очень Большой телескоп Европейской Южной обсерватории (ESO VLT), астрономы обнаружили систему, состоящую из шести экзопланет, пять из которых заперты в редком ритме вокруг своей центральной звезды. Исследователи полагают, что эта система может дать важные подсказки о том, как формируются и развиваются планеты, в том числе и в Солнечной системе.

В первый раз, когда команда наблюдала TOI-178, звезду, находящуюся на расстоянии около 200 световых лет в созвездии Скульптора, они думали, что заметили две планеты, вращающиеся вокруг нее по одной орбите. Однако при ближайшем рассмотрении обнаружилось нечто совершенно иное. "Благодаря дальнейшим наблюдениям мы поняли, что существует не две планеты, вращающиеся вокруг звезды примерно на одинаковом расстоянии от нее, а несколько планет в совершенно особой конфигурации", - говорит Адриен Лелеу из Женевского университета и Бернского университета, Швейцария, который возглавил новое исследование системы, опубликованное сегодня в журнале Astronomy & Astrophysics.

Новое исследование показало, что система может похвастаться шестью экзопланетами и что все, кроме самой близкой к звезде, заперты в ритмичном танце, когда они движутся по своим орбитам. Другими словами, они находятся в резонансе. Это означает, что существуют модели, которые повторяются, когда планеты вращаются вокруг звезды, причем некоторые планеты выравниваются каждые несколько орбит. Подобный резонанс наблюдается и на орбитах трех спутников Юпитера: Ио, Европа и Ганимед. Ио, самый близкий из трех к Юпитеру, совершает четыре полных оборота вокруг Юпитера для каждой орбиты, которую делает Ганимед, самый дальний, и два полных оборота для каждой орбиты, которую делает Европа.

Пять внешних экзопланет системы TOI-178 следуют за гораздо более сложной цепью резонанса, одной из самых длинных, когда-либо обнаруженных в системе планет. 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 в резонансной цепи) завершает 18 орбит, третья планета от звезды (вторая в цепи) завершает 9 орбит и так далее. На самом деле первоначально ученые обнаружили в системе только пять планет, но, следуя этому резонансному ритму, они вычислили, где на ее орбите будет находиться дополнительная планета, когда у них появится окно для наблюдения за системой.

Этот танец резонансных планет-нечто большее, чем просто орбитальный курьез, - дает ключ к разгадке прошлого системы. "Орбиты в этой системе очень хорошо упорядочены, что говорит нам о том, что эта система эволюционировала довольно мягко с момента своего рождения",-объясняет соавтор Янн Алиберт из Бернского университета. Если бы система была значительно нарушена ранее в своей жизни, например, гигантским ударом, эта хрупкая конфигурация орбит не выжила бы.

Нарушение ритмической системы

Но даже если расположение орбит аккуратное и упорядоченное, плотность планет "гораздо более беспорядочная", говорит Натан Хара из Женевского университета в Швейцарии, который также участвовал в исследовании. - Кажется, есть планета, такая же плотная, как Земля, прямо рядом с очень пушистой планетой с половиной плотности Нептуна, за которой следует планета с плотностью Нептуна. В нашей Солнечной системе, например, планеты расположены аккуратно, с каменистыми, более плотными планетами ближе к центральной звезде и пушистыми, газовыми планетами низкой плотности дальше.

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

Комбинирование техник

Чтобы исследовать необычную архитектуру системы, команда использовала данные со спутника Европейского космического агентства CHEOPS, а также наземный прибор ESPRESSO на VLT ESO и NGTS и SPECULOOS, расположенные в Паранальной обсерватории ESO в Чили. Поскольку экзопланеты чрезвычайно сложно обнаружить непосредственно с помощью телескопов, астрономы должны вместо этого полагаться на другие методы их обнаружения. Основными используемыми методами являются визуализация транзитов—наблюдение света, испускаемого центральной звездой, который тускнеет, когда экзопланета проходит перед ней при наблюдении с Земли,—и радиальные скорости—наблюдение светового спектра звезды для небольших признаков 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.

Объединив эти два метода, астрономы смогли собрать ключевую информацию о системе и ее планетах, которые вращаются вокруг своей центральной звезды гораздо ближе и намного быстрее, чем Земля вращается вокруг Солнца. Самая быстрая (самая внутренняя планета) завершает орбиту всего за пару дней, в то время как самая медленная занимает примерно в десять раз больше времени. Шесть планет имеют размеры от одного до трех раз больше Земли, в то время как их массы в 1,5-30 раз больше массы Земли. Некоторые из планет скалистые, но больше Земли—эти планеты известны как Суперземли. Другие-газовые планеты, как и внешние планеты нашей Солнечной системы, но они гораздо 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 могли бы найти дополнительные планеты, которые могли бы существовать в этой зоне или очень близко к ней. Чрезвычайно большой телескоп ESO (ELT), который начнет работать в этом десятилетии, сможет непосредственно фотографировать скалистые экзопланеты в обитаемой зоне звезды и даже характеризовать их атмосферу, предоставляя возможность еще более подробно познакомиться с такими системами, как TOI-178.

ИСТОЧНИК