Ένα σύστημα εξωπλανήτη με 6 κόσμους βρίσκεται σε συντονισμό σε τροχιά

Σε απόσταση 200 ετών φωτός από τη Γη, υπάρχει ένα κύριο αστέρι ακολουθίας τύπου Κ που ονομάζεται TOI (Ενδιαφέρον αντικείμενο TESS) 178. Όταν παρατηρήθηκε από τον Adrian Leleu, αστροφυσικό στο Κέντρο Διαστήματος και Συνήθειας στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης, Φαίνεται ότι έχουν δύο πλανήτες σε τροχιά γύρω από την ίδια απόσταση. Αλλά αυτό αποδείχθηκε αναληθές. Στην πραγματικότητα, έξι εξωπλανήτες περιστρέφονται γύρω από το νεαρό αστέρι.

Και πέντε από αυτά τα έξι είναι κλειδωμένα σε έναν απροσδόκητο τροχιακό σχηματισμό.

Πέντε από τους πλανήτες συμμετέχουν σε έναν σπάνιο ρυθμικό χορό γύρω από το αστέρι. Αστρολογικά, βρίσκονται σε εξαιρετική κατάσταση Τροχιακός συντονισμός, Που σημαίνει ότι οι τροχιές τους γύρω από το αστέρι τους εμφανίζουν επαναλαμβανόμενα μοτίβα. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά ένα ενδιαφέρον αντικείμενο μελέτης και μπορεί να μας πει πολλά για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες.

“Από περαιτέρω παρατηρήσεις, συνειδητοποιήσαμε ότι δεν υπήρχαν δύο πλανήτες σε τροχιά γύρω από το αστέρι σε περίπου την ίδια απόσταση από αυτό, αλλά ότι υπάρχουν πολλοί πλανήτες σε μια πολύ ειδική διαμόρφωση.”

Adrian Leleu, Space and Habitat Center, Πανεπιστήμιο της Βέρνης.

Ο Adrian Leleu ηγείται μιας ομάδας ερευνητών που έχουν μελετήσει αυτό το ασυνήθιστο φαινόμενο. Παρουσίασαν τα ευρήματά τους σε ένα έγγραφο με τίτλο “Έξι πλανήτες διέλευσης και μια σειρά Laplace Echo στο TOI-178. Το άρθρο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Astronomy and Astrophysics.

Στις αρχικές παρατηρήσεις της ομάδας, προέκυψε ότι υπήρχαν μόνο δύο πλανήτες, με πέντε από αυτούς να κινούνται με τρόπο που ξεγελά το μάτι. Ωστόσο, περαιτέρω παρατηρήσεις έδειξαν ότι κάτι άλλο συνέβαινε στο σύστημα. Ο επικεφαλής συγγραφέας Leleu είπε: “Από περαιτέρω παρατηρήσεις, συνειδητοποιήσαμε ότι δεν υπήρχαν δύο πλανήτες σε τροχιά γύρω από το αστέρι σε περίπου την ίδια απόσταση από αυτό, αλλά ότι υπάρχουν πολλοί πλανήτες σε μια πολύ ειδική διαμόρφωση.”

READ  Οι ορεινές πυρκαγιές καίγονται με πρωτοφανή ρυθμό

Στο κινούμενο σχέδιο αυτού του καλλιτέχνη, η ρυθμική κίνηση των πλανητών γύρω από το κεντρικό αστέρι αντιπροσωπεύεται από μια μουσική αρμονία, που δημιουργείται από τις αναλογίες μιας παρατήρησης (σε μια πενταγωνική κλίμακα) σε καθέναν από τους πλανήτες της συντονιστικής σειράς. Αυτή η μουσική νότα παίζεται όταν ο πλανήτης ολοκληρώνει μια πλήρη ή μισή τροχιά. Όταν οι πλανήτες ευθυγραμμίζονται σε αυτά τα σημεία στις τροχιές τους, αντηχούν. Πίστωση: ESO

Η τροχιακή αντήχηση του TOI-178 μοιάζει με άλλο γνωστό τροχιακό συντονισμό εδώ στο ηλιακό μας σύστημα. Αυτό περιλαμβάνει τα φεγγάρια του Δία, του Ιώ, του Europa και του Ganymede.

Ο συντονισμός των τροχιών που είναι κοινός στα Ganymede, Europa και Io είναι αρκετά απλός. Ο Io δημιουργεί τέσσερις πλήρεις τροχιές για κάθε τροχιά Ganymede και δύο πλήρεις ευρωπαϊκές τροχιές. Αλλά η πλανητική σχέση γύρω από το TOI-178 είναι πιο περίπλοκη.

Οι πέντε εξωπλανήτες του TOI-178 είναι στη σειρά echo 18: 9: 6: 4: 3. Ο πρώτος στη σειρά και ο δεύτερος από το αστέρι ολοκληρώνει 18 περιστροφές, ο δεύτερος στη σειρά και ο τρίτος από το αστέρι που ολοκληρώνει 9 τροχιές, και συνεχίζοντας από εκεί. Ο πλησιέστερος πλανήτης στο αστέρι δεν είναι μέρος της αλυσίδας.

Για ένα σύστημα σε τροχιά γύρω από το αστέρι του με ομαλό και προβλέψιμο τρόπο, οι συνθήκες πρέπει να είναι σχετικά ήρεμες σε αυτό το σύστημα. Οι γιγαντιαίες επιπτώσεις ή οι πλανητικές μεταναστεύσεις θα μπορούσαν να την είχαν διαταράξει. “Οι τροχιές σε αυτό το σύστημα είναι πολύ καλά οργανωμένες, κάτι που μας λέει ότι αυτό το σύστημα έχει εξελιχθεί πολύ όμορφα από τη γέννησή του”, εξήγησε ο συν-συγγραφέας Jan Allbert του Πανεπιστημίου της Βέρνης.

Αλλά υπάρχουν περισσότερα.

Στο ηλιακό μας σύστημα, οι μικροί εσωτερικοί πλανήτες είναι όλοι βραχώδεις, ενώ οι πλανήτες στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα είναι μεγάλοι και αέριοι. Πέρα από τον Ποσειδώνα είναι μια περιοχή πλανητών νάνων πάγου και αντικειμένων ζώνης Kuiper. Πιστωτική εικόνα: NASA / JPL / IAU

Στο ηλιακό μας σύστημα, οι εσωτερικοί πλανήτες είναι βραχώδεις και οι πλανήτες έξω από τον αστεροειδή ιμάντα δεν είναι. Είναι επεμβατικό. Αυτή είναι μία από τις περιπτώσεις στις οποίες μπορεί να πειραστούμε να σκεφτούμε ότι το ηλιακό μας σύστημα είναι ένα είδος κανόνα. Αλλά το σύστημα TOI-178 είναι πολύ διαφορετικό. Το αέριο και οι βραχώδεις πλανήτες δεν αναγνωρίζονται όπως είναι στο σύστημά μας.

«Φαίνεται να υπάρχει ένας πλανήτης τόσο πυκνός όσο η Γη δίπλα σε έναν πλανήτη πολύ λεπτό με τη μισή πυκνότητα του Ποσειδώνα, ακολουθούμενο από έναν πλανήτη τόσο πυκνό όσο ο Ποσειδώνας. Αυτό δεν είναι συνηθισμένο», δήλωσε ο Nathan Hara του Πανεπιστημίου του. Γενεύη, Ελβετία, ένας από τους ερευνητές που συμμετείχαν στη μελέτη.

“Αυτή η αντίθεση μεταξύ της ρυθμικής αρμονίας της τροχιακής κίνησης και των ακανόνιστων πυκνοτήτων προκαλεί σίγουρα την κατανόησή μας για τον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητικών συστημάτων”, λέει ο Leleu.

Η ομάδα χρησιμοποίησε μερικά από τα πιο προηγμένα και πρωτοποριακά εργαλεία του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου σε αυτό το έργο. ο εσπρέσο Εργαλείο σε VLT και NGTS Και το Κέρδος Εργαλεία στο Παρατηρητήριο ESO Paranal. Χρησιμοποίησαν επίσης την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος Μάρκες Εξωηλιακός δορυφόρος. Όλα αυτά τα όργανα με τον έναν ή τον άλλο τρόπο ειδικεύονται στη μελέτη εξωπλανητών, τα οποία είναι σχεδόν αδύνατο να εντοπιστούν με ένα «κανονικό» τηλεσκόπιο.

Οι εξωπλανήτες είναι πολύ μακριά από τη Γη, και το συντριπτικό φως από τα αστέρια τους τα καθιστά σχεδόν αόρατα σε ένα συνηθισμένο οπτικό τηλεσκόπιο.

Τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται σε αυτήν τη μελέτη ανακαλύπτουν και χαρακτηρίζουν εξωπλανήτες με δύο διαφορετικούς τρόπους. Αλλά όλα έχουν να κάνουν με την ανίχνευση φωτός. Η μέθοδος διαμετακόμισης που χρησιμοποιείται από την NGTS (Next Transit Transit Survey), CHEOPS (Satellite Characterization of Exoplanets) και SPECULOOS (Αναζήτηση για κατοικήσιμους πλανήτες από αστέρια ULtra-cOOl) ανιχνεύει την απόκλιση στο φως του αστεριού ως εξωπλανήτης διέρχεται μπροστά από το αστέρι του. Η μέθοδος ακτινικής ταχύτητας που χρησιμοποιείται από το ESPRESSO ανιχνεύει μετατοπίσεις στο φυσικό φάσμα του φωτός του αστεριού όταν ένας εξωπλανήτης τραβά το αστέρι και αλλάζει τη θέση του πολύ λίγο.

Χρησιμοποιώντας πολλαπλά εργαλεία με διαφορετικές μεθόδους και δυνατότητες, η ομάδα μπόρεσε να περιγράψει λεπτομερώς το σύστημα. Ο βαθύτερος πλανήτης του συστήματος, ο οποίος δεν είναι συμβατός με άλλους πλανήτες, κινείται πιο γρήγορα. Ολοκληρώνει την τροχιά του σε μόλις δύο ημέρες από τη Γη. Ο πιο αργός πλανήτης κινείται δέκα φορές πιο αργός από αυτόν. Οι πλανήτες κυμαίνονται σε μέγεθος από ένα έως τρία μεγέθη της Γης και οι μάζες τους κυμαίνονται από 1,5 έως 30 φορές τη μάζα της Γης.

Οι τροχιακοί συντονισμοί των πλανητών είναι σε τέλεια ισορροπία. Οι συγγραφείς γράφουν ότι “ο τροχιακός σχηματισμός του TOI-178 είναι πολύ εύθραυστος για να αντέξει τεράστια σοκ, ή ακόμη και σημαντικές στενές συναντήσεις … μια ξαφνική αλλαγή στην περίοδο ενός πλανήτη με λιγότερους από 0,01 d πλανήτες θα μπορούσε να οδηγήσει σε χάος.” Τα δεδομένα “… αποδεικνύουν ότι η τροποποίηση ενός άξονα τελικής περιόδου μπορεί να σπάσει τη συντονισμένη δομή ολόκληρης της σειράς.”

Αυτή η ανακάλυψη σημαίνει περισσότερη δουλειά για τους αστρονόμους. Ο ασυνήθιστος συντονισμός των τροχιών και η θέση των πλανητών σημαίνει ότι πρέπει να επανεξετάσουν μερικές από τις θεωρίες μας σχετικά με το σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητών και των ηλιακών συστημάτων.

Αυτός ο αριθμός από τη μελέτη συγκρίνει την πυκνότητα, τη μάζα και τη θερμοκρασία ισορροπίας των πλανητών TOI-178 με άλλα συστήματα εξωπλανητών.  Στα Kepler-60, Kepler-80 και Kepler-223, η πλανητική πυκνότητα μειώνεται καθώς μειώνεται η θερμοκρασία ισορροπίας.  Σε αντίθεση με τα τρία συστήματα Kepler, στο σύστημα TOI-178, η πλανητική πυκνότητα δεν είναι μια αυξανόμενη συνάρτηση της θερμοκρασίας ισορροπίας.  Η ομάδα πίσω από αυτήν τη μελέτη λέει ότι εάν μπορούν να καταλάβουν γιατί το σύστημα TOI-178 είναι τόσο διαφορετικό, θα μπορούσε να γίνει ένα είδος Rosetta Stone για την αποκρυπτογράφηση του ηλιακού συστήματος και της πλανητικής εξέλιξης.  Φωτογραφική πίστωση: Leleu et al, 2021.
Αυτός ο αριθμός από τη μελέτη συγκρίνει την πυκνότητα, τη μάζα και τη θερμοκρασία ισορροπίας των πλανητών TOI-178 με άλλα συστήματα εξωπλανητών. Στο Kepler-60,
Οι πλανήτες Kepler 80 και Kepler 223 είναι λιγότερο πυκνοί
Όταν η θερμοκρασία ισορροπίας πέσει. Σε αντίθεση με τα τρία συστήματα Kepler, στο σύστημα TOI-178, η πυκνότητα των πλανητών δεν αυξάνεται
Λειτουργία θερμοκρασίας ισορροπίας. Η ομάδα πίσω από αυτήν τη μελέτη λέει ότι εάν μπορούν να καταλάβουν γιατί το σύστημα TOI-178 είναι τόσο διαφορετικό, θα μπορούσε να γίνει ένα είδος Rosetta Stone για την αποκρυπτογράφηση του ηλιακού συστήματος και της πλανητικής εξέλιξης. Φωτογραφική πίστωση: Leleu et al, 2021.

Όπως γράφουν οι συγγραφείς στην εφημερίδα τους: «Ο καθορισμός της αρχιτεκτονικής των πολυ-πλανητικών συστημάτων είναι ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους για την κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των πλανητών. Τα συστήματα συντονισμού είναι ιδιαίτερα σημαντικά, επειδή η ευθραυστότητα του τροχιακού τους σχηματισμού εξασφαλίζει ότι δεν υπάρχει διασπορά ή μεγάλη σύγκρουση. έχει συμβεί από το αρχικό στάδιο σχηματισμού όταν δεν ήταν ο αρχικός πλανητικός δίσκος.

Η νεφελώδης υπόθεση, που ονομάζεται επίσης Μοντέλο δίσκου ηλιακού νεφελώματος (SNDM), είναι η λειτουργική θεωρία του σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος και πολλά άλλα. Σύμφωνα με το μοντέλο, ένα γιγαντιαίο μοριακό νέφος υφίσταται μια βαρυτική κατάρρευση και όταν συλλέγεται αρκετό αέριο, τελικά αρχίζει να συντήκεται και αρχίζει η ζωή των αστεριών. Το αστέρι θα συλλάβει το μεγαλύτερο μέρος του υλικού στο σύννεφο, και στο ηλιακό μας σύστημα, ο ήλιος έχει το μερίδιο του λέοντος: περίπου 99,86%.

Συμπληρώστε το υπόλοιπο υλικό Κύριος πλανητικός δίσκος, Που περιστρέφεται γύρω από το αστέρι με τη μορφή μιας πεπλατυσμένης πίτας. Όταν τα υλικά συγκεντρώνονται σε έναν περιστρεφόμενο πρωτογενή πλανητικό δίσκο, σχηματίζουν τελικά πλανήτες. Υπάρχουν κάποια προβλήματα με την υπόθεση του νεφελώματος και άλλες θεωρίες προσπάθησαν να τα εξηγήσουν.

Αυτές είναι εικόνες κοντινών πρωτοπλανητικών δίσκων.  Στο κέντρο κάθε αστεριού υπάρχει ένα μικρό αστέρι, και τα κενά στους δίσκους είναι το αποτέλεσμα του σχηματισμού εξωπλανητών.  Πίστωση: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews et al.  ;  NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Αυτές είναι εικόνες κοντινών πρωτοπλανητικών δίσκων. Στο κέντρο κάθε αστεριού υπάρχει ένα μικρό αστέρι, και τα κενά στους δίσκους είναι το αποτέλεσμα του σχηματισμού εξωπλανητών. Πίστωση: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews et al. ; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Αλλά αυτό το σύστημα αμφισβητεί αυτή τη θεωρία. Το SNDM προτείνει ότι σχηματίζονται βραχώδεις επίγειοι πλανήτες κοντά στο αστέρι. Ξεκινούν ως πλανητικό έμβρυο και μέσω βίαιων συγχωνεύσεων δημιουργούν πλανήτες όπως η Αφροδίτη, ο Ερμής, ο Άρης και η Γη. Οι γίγαντες αερίου, σύμφωνα με το SNDM, σχηματίζονται έξω από τη γραμμή παγετού του ηλιακού συστήματος, όπου τα έμβρυα του πλανήτη σχηματίζονται από κατεψυγμένα πτητικά.

Αλλά το σύστημα TOI-178 αμφισβητεί αυτήν την κατανόηση. Εάν οι πλανήτες σε αυτό το σύστημα ακολουθούν το σύστημα SNDM, οι πλανήτες αερίου θα είναι πιο μακριά από το αστέρι και οι βραχώδεις πλανήτες θα είναι πιο κοντά. Εφόσον δεν είναι, κάτι πρέπει να τα έχει απενεργοποιήσει. Αλλά αν κάτι τους διέκοψε, οι τροχιές τους δεν θα είχαν σχεδιαστεί με τόσο υπέροχο ρυθμό. Είναι ένα μυστήριο.

“Η κατανόηση της αναταραχής που φαίνεται σε ένα πλαίσιο ως προς την πυκνότητα των πλανητών από τη μία πλευρά και το υψηλό επίπεδο της τάξης που φαίνεται στην τροχιακή αρχιτεκτονική από την άλλη πλευρά θα προκαλέσει τα μοντέλα του σχηματισμού πλανητικών συστημάτων”, έγραψαν.

Συστήματα όπως αυτά είναι δύσκολο να κατανοηθούν, αλλά τελικά οδηγούν τους ερευνητές να σκέφτονται πιο σοβαρά και πλήρως.

Η ομάδα των επιστημόνων έγραψε στο συμπέρασμά τους: «Το σύστημα TOI-178, όπως αποκαλύπτεται από πρόσφατες παρατηρήσεις που περιγράφονται σε αυτό το έγγραφο, έχει μια σειρά από πολύ σημαντικά χαρακτηριστικά: Ηχώ του Laplace, Διακύμανση της πυκνότητας από πλανήτη σε πλανήτη και αστρική φωτεινότητα που επιτρέπουν ορισμένες παρατηρήσεις παρακολούθησης (φωτομετρία, ατμόσφαιρα και φασματοσκοπία). Έτσι θα είναι πιθανότατα ένας από τους λίθους της Rosetta για την κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης του πλανήτη, και ακόμη και αν ανακαλυφθούν επιπλέον πλανήτες, η αλυσίδα Laplace Echo συνεχίζει καθώς περιστρέφεται σε κατοικήσιμη ζώνη. “

Περισσότερο:

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *