Zdjęcie w tle: ESO

Wykorzystując różne teleskopy, w tym Very Large Telescope (VLT) należący do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), astronomowie odkryli system złożony z sześciu egzoplanet, z których pięć jest zablokowanych w rzadkim rytmie wokół ich gwiazdy centralnej. Badacze przypuszczają, że układ ten może dostarczyć wskazówek dotyczących tego, w jaki sposób tworzą się i ewoluują planety, w tym planety w Układzie Słonecznym.

Gdy zespół badawczy obserwował TOI-178, gwiazdę odległą o około 200 lat świetlnych w kierunku konstelacji Rzeźbiarza, naukowcy myśleli, że dostrzegli dwie planety krążące po tej samej orbicie. Jednak dokładniejsze badania pokazały coś zupełnie innego. „Dzięki kolejnym obserwacjom zdaliśmy sobie sprawę, że nie ma tam dwóch planet krążących wokół gwiazdy w prawie takiej samej odległości od niej. Mamy raczej do czynienia z układem wieloplanetarnym o bardzo specjalnej konfiguracji” mówi Adrien Leleu z Université de Genève oraz University of Bern, który kierował nowymi badaniami opublikowanymi dzisiaj w Astronomy & Astrophysics.

Nowe badania pokazały, że system posiada sześć egzoplanet oraz że wszystkie oprócz najbliższej względem gwiazdy wykonują „rytmiczny taniec” w trakcie ruchu po swoich orbitach wokół gwiazdy. W terminologii astronomicznej nazywa się to rezonansem i oznacza, że istnieją powtarzające się wzorce, gdy planety krążą wokół gwiazdy, z takimi samymi ustawieniami planet co kilka orbit. Podobny rezonans jest obserwowany dla orbit trzech księżyców Jowisza: Io, Europy i Ganimedesa. Io, najbliższy z nich względem Jowisza, wykonuje cztery pełne orbity wokół planety, podczas gdy najdalszy Ganimedes robi jedną orbitę Ganimedesa, a Europa dwie pełne orbity.

Pięć zewnętrznych egzoplanet w systemie TOI-178 porusza się zgodnie ze zdecydowanie bardziej skomplikowanym łańcuchem rezonansów, jednym z najdłuższych odkrytych do tej pory w układach planetarnych. Podczas gdy trzy księżyce Jowisza są w rezonansie 4:2:1, to w przypadku pięciu zewnętrznych planet układu TOI-178 mamy do czynienia z łańcuchem 18:9:6:4:3. Podczas gdy druga planeta od gwiazdy (pierwsza w łańcuchu rezonansowym) wykonuje 18 orbit, trzecia planeta od gwiazdy (druga w łańcuchu rezonansowym) kończy 9 orbit, itd. Początkowo naukowcy znaleźli jedynie pięć planet w systemie, ale śledząc rytm rezonansów, obliczyli, gdzie powinna być na orbicie dodatkowa planeta, gdy będą mieć następne okno do obserwacji systemu.

Ten rezonansowy taniec planet jest czymś więcej niż orbitalną ciekawostką. Dostarcza wskazówek o przeszłości systemu. „Orbity w tym układzie są bardzo dobrze uporządkowane, co mówi nam, że system od początku swoich narodzin  ewoluował dość spokojnie” wyjaśnia współautor Yann Alibert z University of Bern. Gdyby system został znacząco zaburzony na wcześniejszym etapie swojego istnienia, na przykład poprzez wielkie uderzenie, ta krucha konfiguracja orbit nie przetrwałaby.

Zaburzenie w rytmicznym systemie

Jednak nawet gdy rozmieszczenie orbit jest schludne i uporządkowane, gęstości planet „są znacznie bardziej nieuporządkowane” mówi Nathan Hara z Université de Genève, który także był zaangażowany w badania. „Wygląda na to, że jest tam planeta tak gęsta, jak Ziemia, tuż obok bardzo puszystej planety o połowie gęstości Neptuna, a następna jest planeta o gęstości Neptuna. Nie przywykliśmy do takiej sytuacji”. Na przykład w naszym Układzie Słonecznym planety są ładnie uporządkowane pod względem gęstości, ze skalistymi, gęstszymi planetami bliżej gwiazdy centralnej, a „puszystymi” o małej gęstości znajdującymi się dalej.

„Ten kontrast pomiędzy rytmiczną harmonią ruchu orbitalnego a nieuporządkowanymi gęstościami z pewnością stanowi wyzwanie dla naszego zrozumienia powstawania i ewolucji systemów planetarnych”

mówi Leleu.

Chociaż żadna z sześciu egzoplanet nie znajduje się w ekosferze gwiazdy, badacze sugerują, że śledząc łańcuch rezonansów, mogą odnaleźć jeszcze kolejne planety, które mogą krążyć bardzo blisko tej strefy. Budowany przez ESO Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), który ma zacząć działanie w tej dekadzie, będzie w stanie bezpośrednio fotografować skaliste egzoplanety w ekosferach wokół gwiazd, a nawet charakteryzować ich atmosfery, dając szansę na jeszcze  dokładniejsze poznanie systemów takich jak TOI-178.

Źródła:

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor naczelny portalu AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat.