سیستم شش سیاره کاملاً تنظیم شده است - دنیای فیزیک

سیستم شش سیاره کاملاً تنظیم شده است - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 1 دسامبر 2023، 10:51 صبح

سیارات در هماهنگی
هارمونی سیاره ای: تصویری از مدارهای شش سیاره فراخورشیدی HD 110067.

منظومه نادری متشکل از شش سیاره فراخورشیدی که همگی کوچکتر از نپتون اما بزرگتر از زمین هستند، با مدارهایی پیدا شده است که همگی با یکدیگر تشدید دارند. این سیستم توسط ستاره شناسان به رهبری کشف شد رافائل لوک از دانشگاه شیکاگو، که نشان می دهد سیارات از زمان شکل گیری خود در یک میلیارد سال پیش، در این پیکربندی دست نخورده باقی مانده اند.

گنجینه سیاره ای همچنین یکی از بهترین فرصت ها را برای توصیف "مینی نپتون ها" فراهم می کند، که یک کلاس مرموز از سیاره ها هستند که در منظومه شمسی وجود ندارند.

این سیارات به دور یک ستاره نارنجی به نام HD 110067 می چرخند که در فاصله 100 سال نوری از ما قرار دارد. درونی ترین دو سیاره به نام b و c توسط ناسا کشف شدند ماهواره بررسی سیاره فراخورشیدی ماموریت (TESS). لوک و همکارانش متوجه شدند که مدار سیارات b و c در رزونانس هستند. این به این دلیل است که دوره های مداری آنها 9.114 روز و 13.673 روز دارای نسبت 2:3 است. همچنین چیز دیگری در داده‌ها وجود داشت - گذرهای سرکش که نمی‌توان آن را به سیاره b یا c نسبت داد.

با توجه به مدارهای رزونانسی b و c، منطقی بود که اگر سیارات گذری دیگری در منظومه HD 110067 وجود داشته باشند، ممکن است تشدید مداری مشترک داشته باشند. استفاده از رویدادهای ترانزیت سرکش به عنوان نقطه شروع، و حدس زدن اینکه هر سیاره سومی به نام d نیز ممکن است نسبت مداری 2:3 با سیاره c داشته باشد، به تیم اجازه داد تا پیش بینی کند سیاره بعدی چه زمانی ممکن است گذر کند. آنها این موضوع را با آژانس فضایی اروپا پیگیری کردند چئوپس تلسکوپ و سیاره را همانطور که پیش بینی شده بود کشف کرد.

از دوره مداری سیاره d که 20.519 روز است، تیم لوک سپس توانست سیاره چهارمی به نام e را با مداری 30.793 روزه پیش بینی کند که در رزونانس 2:3 با سیاره d است و با یکی از سیاره های تعیین نشده مطابقت دارد. ترانزیت های مشاهده شده توسط TESS.

زوایای لاپلاس

هنوز چندین انتقال غیرقابل توضیح در داده های TESS وجود دارد. برای اینکه بفهمند این گذرها به چه سیاراتی تعلق دارند، تیم لوک از قوانین پیچیده مدارهای رزونانسی که توسط ریاضیدان قرن هجدهم پیر-سیمون لاپلاس، که مدارهای تشدید کننده برخی از قمرهای مشتری را مطالعه کرد، وضع کرده بود، استفاده کردند.

یکی از اعضای تیم می گوید، مانند قمرهای مشتری، سیارات HD 110067 "همیشه باید در زوایای خاصی از یکدیگر باشند تا هر گونه اغتشاش روی یکدیگر نتواند رشد کند." اندرو کالیر کامرون از دانشگاه سنت اندروز، که بر روی اندازه گیری جرم سیارات با تکنیک سرعت شعاعی تمرکز کرد.

زوایایی که کامرون به آنها اشاره می کند، زوایای لاپلاس نامیده می شوند و پیکربندی پایداری از مدارها را ارائه می دهند. هر گونه انحراف از آنها منجر به افزایش اغتشاشات گرانشی در طول زمان می شود. نتیجه این خواهد بود که سیارات از رزونانس پرتاب می شوند و احتمالاً به مدارهایی می روند که از یکدیگر عبور می کنند، جایی که ممکن است با هم برخورد کنند.

با تخمین زوایای لاپلاس، تیم لوک توانست پیش بینی کند که سیارات f و g به ترتیب دوره مداری 41.0575 و 54.7433 روز خواهند داشت. این دو ترانزیت غیرقابل توضیح باقیمانده در داده‌های کپلر مطابقت داشتند. جفت سیارات e و f و f و g هر کدام دارای تشدید مداری 3:4 هستند.

این احتمال وجود دارد که حتی سیارات بیشتری به دور HD 110067 در مدارهای وسیع تری در منطقه قابل سکونت ستاره در حال گردش باشند. با این حال، اگر سیارات بیشتری وجود داشته باشد، نه TESS و نه CHEOPS گذری را ثبت نکرده اند. لوک می گوید، این بدان معناست که تلاش برای یافتن سیاره هفتم یا هشتم یک "جستجوی کور" است. اما اگر ما خوش شانس بودیم و یک سیاره اضافی پیدا کردیم، مطمئناً به دلیل چشم انداز بالقوه ای که برای سکونت دارد، بسیار جالب خواهد بود.

با این حال، هیچ چشم اندازی برای جستجوی سیارات بیشتر به این زودی وجود ندارد. برای مثال، اگر سیاره‌ای در مدار 75 روزه قرار داشته باشد، CHEOPS برای مشاهده یک گذر باید حداقل برای آن مدت HD 110067 را رصد می‌کند. با این حال، همانطور که لوک توضیح می دهد، مشاهده زمان بسیار با ارزش است. ما ترجیح می دهیم منابع رصدی را در پالایش پارامترهای سیارات شناخته شده در منظومه سرمایه گذاری کنیم.

توصیف سیارات

کار بیشتر روی این منظومه در عوض شامل پالایش پارامترهای سیارات شناخته شده خواهد بود - که به اندازه گیری جرم آنها بستگی دارد. شعاع هر سیاره بر اساس مقدار نور ستاره ای که هنگام عبور از مقابل ستاره مسدود می کند تعیین می شود - اندازه آنها از 1.9 تا 2.85 شعاع زمین متغیر است. جرم ها با اندازه گیری های سرعت شعاعی تعیین می شوند، که به نحوه ی تکان خوردن ستاره توسط سیارات نگاه می کنند. هنگامی که شعاع و جرم آنها مشخص شد، می توان چگالی سیارات را محاسبه کرد. این که آیا سیارات دارای اتمسفر ضخیم هستند یا خیر را می توان توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب تعیین کرد.

تاکنون، جرم تنها برای سه سیاره، به‌ویژه سیارات b (5.69 جرم زمین)، d (8.52 جرم زمین) و f (5.04 جرم زمین) به دست آمده است. این کار با استفاده از هارپس-شمال ابزار بر روی تلسکوپ ملی گالیله در جزایر قناری و طیف نگار CARMENES در 3.5 متری رصدخانه کالاار آلتو در اسپانیا.

کامرون می‌گوید: «سه سیاره باقی‌مانده هنوز کمی تحت قابلیت‌های شناسایی ما در حال پرواز هستند. به طور خاص، فعالیت ستاره‌ای می‌تواند سیگنال‌های سرعت شعاعی سیارات را بپوشاند. بنابراین کار بعدی این است که با سرعت های شعاعی به عمق بیشتری فشار دهیم تا بتوانیم جرم سیارات را تعیین کنیم.

اندازه‌گیری‌های زمان‌بندی گذر راه دیگری برای اندازه‌گیری جرم سیاره‌ها ارائه می‌کنند. همانطور که سیارات به دور ستاره خود می چرخند، گرانش آنها می تواند یکدیگر را به عقب بکشد یا سرعت یکدیگر را افزایش دهد و در نتیجه اختلافات جزئی در زمان عبور سیارات ایجاد شود. اندازه اختلاف با کشش گرانشی و در نتیجه جرم آنها تعیین می شود.

صرف نظر از اینکه این سیارات چگونه هستند، وجود آنها به تنهایی در مدارهای تشدید قابل توجه است. نظریه نشان می دهد که سیارات در این رزونانس ها شکل گرفته اند. معمولاً این رزونانس‌ها توسط اغتشاشات گرانشی ستارگان در حال عبور یا سیارات غول‌پیکر غارتگر از بین می‌روند، اما به نظر نمی‌رسد در اطراف HD 110067 این اتفاق افتاده باشد.

کامرون می‌گوید: «با توجه به یک محیط پویا و پایدار، این نوع ایده‌آلیستی از سیستم سیاره‌ای می‌تواند شکل بگیرد و حتی قابل توجه‌تر، می‌تواند در واقع برای مدت بسیار طولانی زنده بماند».

به این ترتیب، HD 110067 ممکن است دریچه ای در طول زمان ارائه دهد و پیکربندی سیارات بلافاصله پس از شکل گیری خود را حفظ کند.

یافته ها در شرح داده شده است طبیعت.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک