Sex planetsystem är perfekt inställt – Physics World

Ett sällsynt system med sex exoplaneter, alla mindre än Neptunus men större än jorden, har hittats med omloppsbanor som alla är resonanta med varandra. Systemet upptäcktes av astronomer ledda av Raphael Luke från University of Chicago, som antyder att planeterna har förblivit ostörda i denna konfiguration sedan de bildades för en miljard år sedan.

Den planetariska skattkammaren ger också en av de bästa möjligheterna för att karakterisera "mini-Neptunes", som är en mystisk klass av planeter som är frånvarande i solsystemet.

Planeterna kretsar kring en orange stjärna som kallas HD 110067, som ligger cirka 100 ljusår bort. De två innersta planeterna, kallade b och c, upptäcktes av NASA Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS) uppdrag. Luque och kollegor märkte då att planeternas b och c omlopp var i resonans. Detta beror på att deras omloppsperioder på 9.114 dagar och 13.673 dagar har ett förhållande på 2:3. Det fanns också något annat i uppgifterna - oseriösa transiter som inte kunde hänföras till planet b eller c.

Med tanke på resonansbanorna för b och c, var det naturligt att om det fanns andra transitplaneter i HD 110067-systemet, så skulle de kunna dela omloppsresonanser. Genom att använda de oseriösa transithändelserna som utgångspunkter, och att gissa att en tredje planet som kallas d också kan ha ett omloppsförhållande på 2:3 till planet c, gjorde det möjligt för teamet att förutsäga när planet d kan passera nästa gång. De följde upp detta med Europeiska rymdorganisationen CHEOPS teleskop och upptäckte planeten som förutspått.

Från omloppsperioden för planeten d, som är 20.519 dagar, kunde Luques team sedan förutsäga en fjärde planet kallad e, med en 30.793-dagars omloppsbana som är i 2:3 resonans med planet d, och som matchade en av de otilldelade transiter sett av TESS.

Laplace vinklar

Det fanns fortfarande flera oförklarade transiteringar i TESS-data. För att ta reda på vilka planeter dessa transiter tillhörde, utnyttjade Luques team de komplexa reglerna för resonansbanor som fastställdes av XNUMX-talsmatematikern Pierre-Simon Laplace, som studerade resonansbanorna för några av Jupiters månar.

Precis som Jupiters månar måste HD 110067:s planeter "alltid vara inom vissa vinklar från varandra för att eventuella störningar de utövar på varandra inte kan växa", säger teammedlemmen Andrew Collier Cameron från University of St Andrews, som fokuserade på att mäta planeternas massor med radialhastighetstekniken.

Vinklarna som Cameron anspelar på kallas Laplace-vinklar, och de ger stabila konfigurationer av banor. Eventuella avvikelser från dem skulle resultera i att gravitationsstörningarna växer över tiden. Resultatet skulle bli att planeterna kastas ut ur resonans och mycket möjligt skickas in i banor som korsar varandra, där de kan kollidera.

Genom att uppskatta vad Laplace-vinklarna skulle vara kunde Luques team förutsäga att planeterna f och g skulle ha omloppsperioder på 41.0575 respektive 54.7433 dagar. Dessa matchade de två återstående oförklarade transiterna i Kepler-data. Planetparen e och f samt f och g har vardera en 3:4 orbital resonans.

Det finns möjlighet att det finns ännu fler planeter som kretsar kring HD 110067 på bredare banor inom stjärnans beboeliga zon. Men om det finns fler planeter har varken TESS eller CHEOPS registrerat en transitering. Det betyder att ett försök att hitta en sjunde eller åttonde planet skulle vara en "blind sökning", säger Luque. "Men om vi hade tur och hittade en extra planet, så skulle det verkligen vara mycket intressant på grund av dess potentiella utsikter för beboelighet."

Det finns dock inga utsikter att söka efter fler planeter inom kort. Om det fanns en planet på en 75-dagars bana, till exempel, skulle CHEOPS behöva observera HD 110067 under åtminstone den tiden för att observera en transit. Att observera tid är dock mycket värdefullt, som Luque förklarar; "Vi föredrar att investera observationsresurser i att förfina parametrarna för de kända planeterna i systemet."

Karaktärisera planeterna

Ytterligare arbete med systemet kommer istället att innebära att förfina parametrarna för de kända planeterna – vilket är beroende av mätning av deras massor. Radien för varje planet bestäms av hur mycket stjärnljus de blockerar när de passerar framför stjärnan - de varierar i storlek från 1.9 till 2.85 jordradier. Massor bestäms av radiella hastighetsmätningar, som tittar på hur planeterna får stjärnan att vingla. När både deras radie och massa är kända kan planeternas densiteter beräknas. Huruvida planeterna har tjocka atmosfärer kan avgöras av James Webb rymdteleskop.

Hittills har massor bara erhållits för tre av planeterna, närmare bestämt planeterna b (5.69 jordmassor), d (8.52 jordmassor) och f (5.04 jordmassor). Detta gjordes med hjälp av HARPS-Nord instrument på Galileo National Telescope på Kanarieöarna och CARMENES spektrograf på 3.5-metern Calar Alto-observatoriet i Spanien.

"De återstående tre planeterna flyger fortfarande något under vår detektionskapacitet", säger Cameron. I synnerhet kan stjärnaktivitet dölja planeternas radiella hastighetssignaler. "Så nästa sak att göra är att driva djupare med de radiella hastigheterna så att vi kan bestämma massorna av planeterna."

Par av oseriösa planeter hittade vandrande i Orionnebulosan

Transit-tidsmätningar ger ett annat sätt att mäta planetmassorna. När planeterna kretsar runt sin stjärna, kan deras gravitation dra varandra tillbaka, eller påskynda varandra, vilket resulterar i små skillnader i när planeterna ses passera. Storleken på avvikelsen bestäms av gravitationskraften och därmed deras massa.

Oavsett hur dessa planeter är, är deras existens enbart i resonansbanor anmärkningsvärd. Teorin antyder att planeterna bildades i dessa resonanser. Vanligtvis förstörs sedan dessa resonanser av gravitationsstörningar från passerande stjärnor eller plundrande jätteplaneter, men runt HD 110067 verkar detta inte ha hänt.

"Med tanke på en dynamiskt stabil miljö kan denna idealistiska typ av planetsystem bildas och ännu mer anmärkningsvärt kan det faktiskt överleva under mycket lång tid", säger Cameron.

Som sådan kan HD 110067 ge ett fönster genom tiden och behålla den konfiguration som planeterna hade omedelbart efter deras bildande.

Fynden beskrivs i Natur.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/six-planet-system-is-perfectly-tuned/