Das Sechs-Planeten-System ist perfekt aufeinander abgestimmt – Physics World

Es wurde ein seltenes System von sechs Exoplaneten gefunden, die alle kleiner als Neptun, aber größer als die Erde sind und deren Umlaufbahnen alle miteinander in Resonanz stehen. Das System wurde von Astronomen unter der Leitung von entdeckt Raffael Lukas von der University of Chicago, die vermuten, dass die Planeten seit ihrer Entstehung vor einer Milliarde Jahren in dieser Konfiguration ungestört geblieben sind.

Die planetare Schatzkammer bietet auch eine der besten Möglichkeiten zur Charakterisierung von „Mini-Neptunen“, einer mysteriösen Planetenklasse, die im Sonnensystem nicht vorkommt.

Die Planeten umkreisen einen orangefarbenen Stern namens HD 110067, der etwa 100 Lichtjahre entfernt liegt. Die beiden innersten Planeten, b und c genannt, wurden von der NASA entdeckt Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS)-Mission. Luque und Kollegen bemerkten dann, dass die Umlaufbahnen der Planeten b und c in Resonanz standen. Dies liegt daran, dass ihre Umlaufzeiten von 9.114 Tagen und 13.673 Tagen im Verhältnis 2:3 stehen. Es gab noch etwas anderes in den Daten – Schurkentransite, die nicht dem Planeten b oder c zugeordnet werden konnten.

Angesichts der resonanten Umlaufbahnen von b und c lag es nahe, dass, wenn es andere Transitplaneten im System HD 110067 gäbe, diese möglicherweise gemeinsame Umlaufbahnresonanzen hätten. Anhand der abtrünnigen Transitereignisse als Ausgangspunkte und der Vermutung, dass jeder dritte Planet namens d ebenfalls ein Orbitalverhältnis von 2:3 zu Planet c haben könnte, konnte das Team vorhersagen, wann Planet d das nächste Mal passieren könnte. Sie folgten mit der Europäischen Weltraumorganisation CHEOPS Teleskop und entdeckte den Planeten wie vorhergesagt.

Aus der Umlaufzeit von Planet d, die 20.519 Tage beträgt, konnte Luques Team dann einen vierten Planeten namens e mit einer Umlaufbahn von 30.793 Tagen vorhersagen, der in 2:3-Resonanz mit Planet d steht und mit einem der nicht zugeordneten Planeten übereinstimmt Von TESS gesehene Transite.

Laplace-Winkel

In den TESS-Daten gab es noch mehrere ungeklärte Transite. Um herauszufinden, zu welchen Planeten diese Transite gehörten, nutzte Luques Team die komplexen Regeln für Resonanzbahnen, die vom Mathematiker Pierre-Simon Laplace aus dem XNUMX. Jahrhundert aufgestellt wurden, der die Resonanzbahnen einiger Jupitermonde untersuchte.

Wie die Monde des Jupiters müssen auch die Planeten von HD 110067 „immer innerhalb bestimmter Winkel zueinander stehen, damit etwaige Störungen, die sie aufeinander ausüben, nicht zunehmen können“, sagt ein Teammitglied Andrew Collier Cameron von der University of St Andrews, der sich auf die Messung der Planetenmassen mit der Radialgeschwindigkeitstechnik konzentrierte.

Die Winkel, auf die Cameron anspielt, werden als Laplace-Winkel bezeichnet und liefern stabile Bahnkonfigurationen. Jede Abweichung davon würde dazu führen, dass die Gravitationsstörungen mit der Zeit zunehmen. Das Ergebnis wäre, dass die Planeten aus der Resonanz geraten und möglicherweise auf Umlaufbahnen geschickt werden, die sich kreuzen, wo sie kollidieren könnten.

Durch die Schätzung der Laplace-Winkel konnte Luques Team vorhersagen, dass die Planeten f und g Umlaufzeiten von 41.0575 bzw. 54.7433 Tagen haben würden. Diese stimmten mit den beiden verbleibenden ungeklärten Transiten in den Kepler-Daten überein. Die Planetenpaare e und f sowie f und g haben jeweils eine 3:4-Bahnresonanz.

Es besteht die Möglichkeit, dass noch mehr Planeten HD 110067 auf größeren Umlaufbahnen innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns umkreisen. Wenn es jedoch mehr Planeten gibt, haben weder TESS noch CHEOPS einen Transit aufgezeichnet. Das bedeutet, dass der Versuch, einen siebten oder achten Planeten zu finden, eine „blinde Suche“ wäre, sagt Luque. „Aber wenn wir Glück hätten und einen zusätzlichen Planeten finden würden, dann wäre er aufgrund seiner potenziellen Aussicht auf Bewohnbarkeit sicherlich sehr interessant.“

Es besteht jedoch keine Aussicht, in absehbarer Zeit nach weiteren Planeten zu suchen. Wenn es beispielsweise einen Planeten auf einer 75-Tage-Umlaufbahn gäbe, müsste CHEOPS HD 110067 mindestens diese Zeit lang beobachten, um einen Transit zu beobachten. Allerdings ist die Beobachtungszeit sehr kostbar, wie Luque erklärt; „Wir investieren lieber Beobachtungsressourcen in die Verfeinerung der Parameter der bekannten Planeten im System.“

Charakterisierung der Planeten

Weitere Arbeiten am System werden stattdessen die Verfeinerung der Parameter der bekannten Planeten umfassen – was von der Messung ihrer Massen abhängt. Der Radius jedes Planeten wird dadurch bestimmt, wie viel Sternenlicht er blockiert, wenn er vor dem Stern vorbeizieht – seine Größe liegt zwischen 1.9 und 2.85 Erdradien. Massen werden durch Radialgeschwindigkeitsmessungen bestimmt, die untersuchen, wie die Planeten den Stern zum Wackeln bringen. Sobald sowohl ihr Radius als auch ihre Masse bekannt sind, kann die Dichte der Planeten berechnet werden. Ob die Planeten dichte Atmosphären haben, könnte das James Webb-Weltraumteleskop bestimmen.

Bisher wurden nur für drei der Planeten Massen ermittelt, nämlich für die Planeten b (5.69 Erdmassen), d (8.52 Erdmassen) und f (5.04 Erdmassen). Dies geschah mit dem HARPS-Nord Instrument auf dem Galileo-Nationalteleskop auf den Kanarischen Inseln und den CARMENES-Spektrograph auf dem 3.5-Meter Calar Alto Observatorium in Spanien.

„Die verbleibenden drei Planeten fliegen immer noch leicht unter unseren Erkennungsfähigkeiten“, sagt Cameron. Insbesondere die Sternaktivität kann die Radialgeschwindigkeitssignale der Planeten überdecken. „Als nächstes müssen wir mit den Radialgeschwindigkeiten tiefer vordringen, damit wir die Massen der Planeten bestimmen können.“

Paar abtrünniger Planeten im Orionnebel entdeckt

Eine weitere Möglichkeit zur Messung der Planetenmassen bieten Transitzeitmessungen. Während die Planeten ihren Stern umkreisen, kann ihre Schwerkraft sich gegenseitig zurückziehen oder beschleunigen, was zu leichten Abweichungen bei der Beobachtung führt, wann die Planeten vorbeiziehen. Die Größe der Diskrepanz wird durch die Anziehungskraft und damit durch ihre Masse bestimmt.

Unabhängig davon, wie diese Planeten aussehen, ist allein ihre Existenz in Resonanzbahnen bemerkenswert. Die Theorie legt nahe, dass sich die Planeten in diesen Resonanzen gebildet haben. Normalerweise werden diese Resonanzen dann durch Gravitationsstörungen vorbeiziehender Sterne oder marodierender Riesenplaneten zerstört, aber um HD 110067 herum scheint dies nicht geschehen zu sein.

„In einer dynamisch stabilen Umgebung könnte sich ein idealistisches Planetensystem bilden, und noch bemerkenswerter ist, dass es tatsächlich sehr lange überleben kann“, sagt Cameron.

Somit könnte HD 110067 ein Fenster durch die Zeit bieten und die Konfiguration beibehalten, die die Planeten unmittelbar nach ihrer Entstehung hatten.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/six-planet-system-is-perfectly-tuned/