System sześciu planet jest doskonale dostrojony – Świat Fizyki

Odkryto rzadki układ sześciu egzoplanet, wszystkich mniejszych od Neptuna, ale większych od Ziemi, których orbity są ze sobą rezonansowe. Układ odkryli astronomowie pod przewodnictwem Rafał Łukasz z Uniwersytetu w Chicago, którzy sugerują, że planety pozostają w tej konfiguracji w nienaruszonym stanie od czasu ich powstania miliard lat temu.

Planetarny skarbiec zapewnia także jedną z najlepszych okazji do scharakteryzowania „mini-Neptunów”, czyli tajemniczej klasy planet nieobecnych w Układzie Słonecznym.

Planety krążą wokół pomarańczowej gwiazdy HD 110067, oddalonej o około 100 lat świetlnych. Dwie najbardziej wewnętrzne planety, nazwane b i c, zostały odkryte przez NASA Tranzytowy satelita do badania egzoplanet (TESS). Luque i współpracownicy zauważyli następnie, że orbity planet b i c są w rezonansie. Dzieje się tak, ponieważ ich okresy orbitalne wynoszące 9.114 dni i 13.673 dni mają stosunek 2:3. Dane zawierały jeszcze coś innego – nielegalne tranzyty, których nie można było przypisać planetom b ani c.

Biorąc pod uwagę rezonansowe orbity b i c, było oczywiste, że gdyby w układzie HD 110067 znajdowały się inne planety tranzytujące, to mogłyby one mieć wspólne rezonanse orbitalne. Wykorzystanie fałszywych tranzytów jako punktów wyjścia i przypuszczenie, że jakakolwiek trzecia planeta zwana d może mieć również stosunek orbitalny 2:3 z planetą c, pozwoliło zespołowi przewidzieć, kiedy planeta d może przejść następny. Skontaktowali się w tej sprawie z Europejską Agencją Kosmiczną CHEOPS teleskop i odkrył planetę zgodnie z przewidywaniami.

Na podstawie okresu orbitalnego planety d, który wynosi 20.519 dni, zespół Luque był w stanie przewidzieć czwartą planetę o nazwie e, której orbita trwa 30.793 dni i jest w rezonansie 2:3 z planetą d i która pasuje do jednego z nieprzypisanych tranzyty widziane przez TESS.

Kąty Laplace’a

W danych TESS wciąż było kilka niewyjaśnionych tranzytów. Aby dowiedzieć się, do jakich planet należały te tranzyty, zespół Luque wykorzystał złożone zasady dotyczące orbit rezonansowych określone przez osiemnastowiecznego matematyka Pierre-Simona Laplace'a, który badał orbity rezonansowe niektórych księżyców Jowisza.

Podobnie jak księżyce Jowisza, planety HD 110067 „zawsze muszą znajdować się pod pewnymi kątami względem siebie, aby żadne zakłócenia, jakie na siebie wywierają, nie mogły rosnąć” – mówi członek zespołu Andrew Colliera Camerona z Uniwersytetu St Andrews, który skupił się na pomiarze mas planet za pomocą techniki prędkości radialnej.

Kąty, o których wspomina Cameron, nazywane są kątami Laplace'a i zapewniają stabilną konfigurację orbit. Wszelkie odchylenia od nich spowodowałyby narastanie w czasie zaburzeń grawitacyjnych. W rezultacie planety zostaną wyrzucone z rezonansu i prawdopodobnie wysłane na orbity, które się przecinają, gdzie mogą się zderzyć.

Szacując, jakie powinny być kąty Laplace'a, zespół Luque był w stanie przewidzieć, że okresy orbitalne planet f i g będą wynosić odpowiednio 41.0575 i 54.7433 dni. Pasowały one do dwóch pozostałych niewyjaśnionych tranzytów w danych Keplera. Każda z par planet e i f oraz f i g ma rezonans orbitalny 3:4.

Istnieje możliwość, że wokół HD 110067 na szerszych orbitach w ekosferze gwiazdy krąży jeszcze więcej planet. Jeśli jednak planet jest więcej, ani TESS, ani CHEOPS nie zarejestrowały tranzytu. Oznacza to, że próba znalezienia siódmej lub ósmej planety byłaby „poszukiwaniem na ślepo”, mówi Luque. „Ale gdybyśmy mieli szczęście i odkryli dodatkową planetę, z pewnością byłaby ona bardzo interesująca ze względu na potencjalne szanse na zamieszkanie”.

Nie ma jednak perspektywy na poszukiwanie większej liczby planet w najbliższej przyszłości. Gdyby na przykład istniała planeta na orbicie trwającej 75 dni, CHEOPS musiałby obserwować HD 110067 przynajmniej przez taki czas, aby zaobserwować jeden tranzyt. Jednakże przestrzeganie czasu jest bardzo cenne, jak wyjaśnia Luque; „Wolimy inwestować zasoby obserwacyjne w udoskonalanie parametrów znanych planet w układzie”.

Charakterystyka planet

Dalsze prace nad systemem będą polegać na udoskonalaniu parametrów znanych planet – co będzie zależne od pomiaru ich mas. Promień każdej planety jest określany na podstawie tego, ile światła gwiazd blokują, gdy przechodzą przed gwiazdą – ich rozmiary wahają się od 1.9 do 2.85 promienia Ziemi. Masy określa się na podstawie pomiarów prędkości radialnych, które sprawdzają, w jaki sposób planety powodują drgania gwiazdy. Znając zarówno ich promień, jak i masę, można obliczyć gęstość planet. To, czy planety mają gęstą atmosferę, może określić Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Jak dotąd obliczono masy tylko trzech planet, a konkretnie planet b (5.69 masy Ziemi), d (8.52 masy Ziemi) i f (5.04 masy Ziemi). Dokonano tego za pomocą HARPS-Północ instrument na Narodowy Teleskop Galileo na Wyspach Kanaryjskich i Spektrograf CARMENESA na 3.5-metrowym Obserwatorium Calar Alto w Hiszpanii.

„Pozostałe trzy planety nadal poruszają się nieco poniżej naszych możliwości wykrywania” – mówi Cameron. W szczególności aktywność gwiazd może maskować sygnały prędkości radialnych planet. „Następną rzeczą do zrobienia jest więc głębsze badanie prędkości radialnych, abyśmy mogli określić masy planet”.

Pary zbuntowanych planet wędrują po Mgławicy Oriona

Pomiary czasu tranzytu stanowią inny sposób pomiaru mas planet. Gdy planety krążą wokół swojej gwiazdy, ich grawitacja może się wzajemnie przyciągać lub przyspieszać, co powoduje niewielkie rozbieżności w postrzeganiu tranzytu planet. O wielkości rozbieżności decyduje siła przyciągania grawitacyjnego, a co za tym idzie ich masa.

Niezależnie od tego, jakie są te planety, godne uwagi jest samo ich istnienie na orbitach rezonansowych. Teoria sugeruje, że planety powstały w wyniku tych rezonansów. Zwykle te rezonanse są następnie niszczone przez zaburzenia grawitacyjne pochodzące od przelatujących gwiazd lub grasujących planet-olbrzymów, ale w pobliżu HD 110067 wydaje się, że tak się nie dzieje.

„W dynamicznie stabilnym środowisku taki idealistyczny układ planetarny mógłby się uformować i, co jeszcze bardziej niezwykłe, może przetrwać bardzo długi czas” – mówi Cameron.

Jako taka, HD 110067 może zapewnić okno w czasie, zachowując konfigurację, jaką planety miały bezpośrednio po ich powstaniu.

Wyniki opisano w Natura.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/six-planet-system-is-perfectly-tuned/