eso2102da — Pressemeddelelse

5 ud af 6 exoplaneter holder takten og udfordrer teorierne om planetdannelse

25. januar 2021

Ved at kombinere observationer fra flere teleskoper, heriblandt ESOs Very Large Telescope, har en gruppe astronomer fundet et exoplanetsystem med seks planeter. Af dem er de fem låst fast til hinanden i deres banebevægelser. Forskerne mener, at det kan give vigtige spor til hvordan blandt andre planeterne i vores eget Solsystem er dannet og har udviklet sig.

 

Til en start, da forskerholdet observerede TOI-178, som er en stjerne omkring 200 lysår borte i stjernebilledet Billedhuggerværkstedet, troede de, at de havde fundet to exoplaneter, som kredsede i den samme bane. Da man fik set nærmere efter, viste det sig, at sandheden var en helt anden. "Vi foretog flere observationer, og kunne så se, at det ikke var to planeter, som kredsede om deres stjerne i næsten samme bane, men istedet en større mængde planeter i en meget speciel konfiguration," siger Adrien Leleu fra Université de Genève og Berns Universitet i Schweiz. Han står som leder af undersøgelsen af planetsystemet i en ny artikel i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.

De nye resultater viser, at der omkring stjernen kredser seks exoplaneter, og at de alle på nær den inderste er låst til hinanden i et rytmisk samspil af banebevægelser. Med et fagudtryk: de er i resonans. Det betyder, at der er nogle mønstre, som gentager sig i exoplaneternes positioner i forhold til hinanden, efter et antal omløb. Vi ser en lignende resonans ved tre af planeten Jupiters måner, Io, Europa og Ganymedes. Io, som er tættest ved Jupiter af de tre, gennemløber fire hele ture om Jupiter for hver omgang, som Ganymedes - den yderste - når, og Io når to gange rundt for hver gang Europa når een gang.

De fem yderste exoplaneter i systemet TOI-178 har et meget mere indviklet resonansforløb. Det er et af de længste, som til dato er opdaget i et planetsystem. De tre jupiterplaneter er i et 4:2:1 resonansforløb, og til sammenligning er de fem planeter i en 18:9:6:4:3 kæde. Altså når den anden planet regnet indefra gennemløber 18 omløb, når den næste at gennemløbe 9 omløb, og så videre. Forskerne fandt til en start kun fem planeter i systemet, men ved at følge rytmen i resonansen, kunne de beregne, hvor i sin bane en planet mere skulle befinde sig, og den blev også fundet, da det blev muligt at observere systemet.

Opdagelsen er ikke kun en pudsighed i statistikken. Denne resonans imellem exoplanetbaner antyder noget om systemets fortid. "Banerne i det her system er meget velordnede, og det fortæller os, at systemet har udviklet sig stille og roligt siden det blev dannet," forklarer medforfatter til artiklen Yann Alibert fra Berns Universitet. Hvis systemet tidligere i dets tilværelse var blevet forstyrret meget, for eksempel af et kraftigt sammenstød, ville denne fine sammenhæng i banerne ikke have overlevet.

Ubalance i rytmen

Selvom banerne altså er pæne og velordnede, så er det anderledes med exoplaneternes tætheder. "De er meget mere rodede," siger Nathan Hara fra Université de Genève, som også har deltaget i arbejdet. "Det ser ud til, at der er en planet med samme tæthed som Jorden lige ved siden af en meget luftig planet med en tæthed, som kun er det halve af den vi kender fra plaenten Neptun, og dernæst kommer en exoplanet med samme tæthed som Neptun. Det er ikke det, vi er vant til at se." I vores Solsystem er planeterne for eksempel pænt sorterede, så klippeplaneterne alle er tæt på Solen, og alle gasplaneterne befinder sig længere ude.

"At der er så stor forskel imellem den rytmiske harmoni i banebevægelserne og springene i tæthederne, er helt sikkert en udfordring til vores opfattelse af, hvordan dannelsen og udviklingen for et planetsystem går for sig," siger Leleu.

Kombination af teknikker

Forskerholdet har anvendt data fra Det europæiske Rumfartsagentur ESAs CHEOPS-satellit, samt fra de jordbaserede instrumenter  ESPRESSO på ESOs VLT og  NGTS og SPECULOOS som begge befinder sig på ESOs Paranalobservatorium i Chile. Det er meget svært at se exoplaneter direkte med teleskoper, så derfor er astronomerne afhængige af indirekte teknikker for at finde dem. De mest almindelige metoder i brug er transitter - hvor man måler værtsstjernens lysstyrke for at finde de meget små dyk, som kommer, når en exoplanet passerer forbi, set fra Jorden - og radialhastigheder - hvor stjernens lys analyseres for de svage tegn på dens bevægelse frem og tilbage forårsaget af exoplanetens bevægelse om stjernen. I dette tilfælde har forskerne brugt begge metoder: CHEOPS, NGTS og SPECULOS til transitter og ESPRESSO til radialhastighedsmålinger.

Ved en kombination af de to teknikker, lykkedes det for astronomerne at sammenstykke oplysninger om systemet og dets exoplaneter. Planeterne kredser om stjernen meget tættere og meget hurtigere end Jorden kredser om Solen. Den inderste, og hurtigste exoplanet bruger kun nogle få dage om turen rundt, og den fjerneste og langsomste har et "år" bare ti gange længere. De seks planeter er alle i størrelse fra nogenlunde som Jordens og til tre gange større, og de vejer fra 1,5 til 8 gange mere end Jorden. Nogle af planeterne er klippeplaneter, som er større end Jorden - det, forskerne kalder SuperJord. Andre er gasplaneter ligesom de ydre planeter i vores Solsystem, men de er meget mindre. Derfor har de fået betegnelsen MiniNeptuner.

Ingen af de seks exoplaneter ligger i stjernes beboelige zone, men forskerne foreslår, at man, måske ved at søge efter endnu flere exoplaneter ved hjælp af de kendte resonanaser, kunne finde nogle meget tæt på eller i selve denne zone. Med ESOs Extremely Large Telescope (ELT), som bliver taget i brug i dette årti, vil det være muligt direkte at se exoplaneter af klippeplanettypen i en stjernes beboelige zone, og at måle detaljer i deres eventuelle atmosfærer. Det vil også gøre det muligt at lære meget mere om systemer som TOI-178 i endnu større detalje.

Rettelse (pr 4. februar 2021): I en tidligere version af denne pressemeddelelse blev det fejlagtigt nævnt, at massen for planeterne i systemet rakte fra 1,5 til 30 gange Jordens masse. Det korrektet er, som det nu nævnes i teksten ovenfor, imellem 1,5 og 8 gange Jordens masse.

Mere information

 

Forskningsresultaterne her er offentliggjort i en artikel med titlen “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178” i tidsskriftet  Astronomy & Astrophysics.

Forskerholdet består af A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Schweiz [UNIGE], University of Bern, Schweiz [Bern]), Y. Alibert (Bern), N. C. Hara (UNIGE), M. J. Hooton (Bern), T. G. Wilson (Centre for Exoplanet Science, SUPA School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, UK [St Andrews]), P. Robutel (IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Fankrig [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Fankrig [AMU]), C. Lovis (UNIGE), E. M. Bryant (Department of Physics, University of Warwick, UK [Warwick], Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick [CEH]), E. Ducrot (Astrobiology Research Unit, Université de Liège, Belgien [Liège]), J. Cabrera (Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Tyskland [Institute of Planetary Research, DLR]), J. Acton (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK [Leicester]), V. Adibekyan (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA], Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto [CAUP]), R. Allart (UNIGE), C, Allende Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife [IAC], Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife [ULL]), R. Alonso (IAC, ULL), D. Alves (Camino El Observatorio 1515, Las Condes, Santiago, Chile), D. R Anderson (Warwick, CEH), D. Angerhausen (ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics), G. Anglada Escudé (Institut de Ciències de l’Espai [ICE, CSIC], Bellaterra, Spanien, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, Spanien), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, Nederlandene [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Spanien), S.C.C Barros (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), W. Baumjohann (Space Research Institute, Østrign Academy of Sciences, Østrig), D. Bayliss (Warwick, CEH), M. Beck (UNIGE), T. Beck (Bern) A. Bekkelien (UNIGE), W. Benz (Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Fankrig), F. Bouchy (UNIGE), V. Bourrier (UNIGE), G. Boué (IMCCE), A. Brandeker (Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden), C. Broeg (Bern), M. Buder (Institute of Optical Sensor Systems, German Aerospace Center (DLR) [Institute of Optical Sensor Systems, DLR]), A. Burdanov (Liège, Department of Earth, Atmospheric and Planetary Science, Massachusetts Institute of Technology, USA), M. R. Burleigh (Leicester), T. Bárczy (Admatis, Miskok, Ungarn), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, Fankrig), B. F. Cooke (Warwick, CEH), C. Corral Van Damme (ESTEC), A. C. M. Correia (CFisUC, Department of Physics, University of Coimbra, Portugal, IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Fankrig), S. Cristiani (INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, Italien [INAF Trieste]), M. Damasso (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Italien [INAF Torino]), M. B. Davies (Lund Observatory, Dept. of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University, Sweden), M. Deluil (AMU), L. Delrez (AMU, Space sciences, Technologies and Astrophysics Research [STAR] Institute, Université de Liège, Belgien, UNIGE), O. D. S. Demangeon (IA), B.-O. Demory (CSH), P. Di Marcantonio (INAF Trieste), G. Di. Persio (INAF, Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Roma, Italien), X. Dumusque (UNIGE), D. Ehrenreich (UNIGE), A. Erikson (Institute of Planetary Research, DLR), P. Figueira (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, ESO Vitacura), A. Fortier (Bern, CSH), L. Fossato (Space Research Institute, Østrign Academy of Sciences, Graz, Østrig [IWF]), M. Fridlund (Leiden Observatory, University of Leiden, Nederlandene, Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Sverige [Chalmers]), D. Futyan (UNIGE), D. Gandolfi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Italien), A. García Muñoz (Center for Astronomy and Astrophysics, Technical University Berlin, Tyskland), L. Garcia (Liège), S. Gill (Warwick, CEH), E. Gillen (Astronomy Unit, Queen Mary University of London, UK, Cavendish Laboratory, Cambridge, UK [Cavendish Laboratory]), M. Gillon (Liège), M. R. Goad (Leicester), J. I. González Hernández (IAC, ULL), M. Guedel (University of Vienna, Department of Astrophysics, Østrig), M. N. Günther (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, USA), J. Haldemann (Bern), B. Henderson (Leicester), K. Heng (CSH), A. E. Hogan (Leicester), E. Jehin (STAR), J. S. Jenkins (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile, Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA), Santiago, Chile), A. Jordán (Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Adolfo Ibáñez, Santiago, Chile, Millennium Institute for Astrophysics, Chile), L. Kiss (Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Budapest, Ungarn), M. H. Kristiansen (Brorfelde Observatoriet, Holbæk, Danmark, DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Danmark), K. Lam (Institute of Planetary Research, DLR), B. Lavie (UNIGE), A. Lecavelier des Etangs (Institut d’astrophysique de Paris, UMR7095 CNRS, Université Pierre & Marie Curie, Paris, Fankrig), M. Lendil (UNIGE), J. Lillo-Box (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, Madrid, Spanien), G. Lo Curto (ESO Vitacura), D. Magrin (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italien [INAF Padova]), C. J. A. P. Martins (IA, CAUP), P. F. L. Maxted (Astrophysics Group, Keele University, UK), J. McCormac (Warwick), A. Mehner (ESO Vitacura), G. Micela (INAF - Osservatorio Astronomico di Palermo, Italien), P. Molaro (INAF Trieste, IFPU Trieste), M. Moyano (Instituto de Astronomía, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile), C. A. Murray (Cavendish Laboratory), V. Nascimbeni (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal), G. Olofsson (Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden), H. P. Osborn (CSH, Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, USA), M. Oshagh (IAC, ULL), R. Ottensamer (Department of Astrophysics, University of Vienna, Østrig), I. Pagano (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italien), E. Pallé (IAC, ULL), P. P. Pedersen  (Cavendish Laboratory), F. A. Pepe (UNIGE), C.M. Persson (Chalmers), G. Peter (Institute of Optical Sensor Systems, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Tyskland), G. Piotto (INAF Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei", Università degli Studi di Padova, Italien), G. Polenta (Space Science Data Center, Roma, Italien), D. Pollacco (Warwick), E. Poretti (Fundación G. Galilei – INAF (Telescopio Nazionale Galileo), La Palma, Spanien, INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italien), F. J. Pozuelos (Liège, STAR), F. Pozuelos (Liège, STAR), D. Queloz (UNIGE, Cavendish Laboratory), R. Ragazzoni (INAF Padova), N. Rando (ESTEC), F. Ratti (ESTEC), H. Rauer (Institute of Planetary Research, DLR), L. Raynard (Leicester), R. Rebolo (IAC, ULL), C. Reimers (Department of Astrophysics, University of Vienna, Østrig), I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), Spanien, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spanien), N. C. Santos (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), G. Scandariato (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italien), J. Schneider (Paris Observatory, Fankrig), D. Sebastian (School of Physics Astronomy, University of Birmingham, UK [Birmingham]), M. Sestovic (CSH), A. E. Simon (Bern), A. M. S. Smith (Institute of Planetary Research, DLR), S. G. Sousa (IA), A. Sozzetti (INAF Torino), M. Steller (IWF), A. Suárez Mascareño (IAC, ULL), G. M. Szabó (ELTE Eötvös Loránd University, Gothard Astrophysical Observatory, Ungarn, MTA-ELTE Exoplanet Research Group, Ungarn), D Ségransan (UNIGE), N. Thomas (Bern), S. Thompson (Cavendish Laboratory), R. H. Tilbrook (Leicester), A. Triaud (Birmingham), S. Udry (UNIGE), V. Van Grootel (STAR), H. Venus (Institute of Optical Sensor Systems, DLR), F. Verrecchia (Space Science Data Center, ASI, Roma, Italien, INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), J. I. Vines (Camino El Observatorio 1515, Santiago, Chile), N. A. Walton (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK), R. G. West (Warwick, CEH), P. K. Wheatley (Warwick, CEH), D. Wolter (Institute of Planetary Research, DLR), M. R. Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), Madrid, Spanien).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Irland, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. Australien er med som strategisk partner. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

 

Kontakter

Ole J. Knudsen
ESON-Danmark, Stellar Astrophysics Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: 8654 2121
Mobil: 4059 4520
Email: eson-denmark@eso.org

Adrien Leleu
Université de Genève
Geneva, Switzerland
Email: Adrien.Leleu@unige.ch

Yann Alibert
University of Bern
Bern, Switzerland
Tel: +41 31 631 55 47
Email: yann.alibert@space.unibe.ch

Nathan Hara
Université de Genève
Geneva, Switzerland
Tel: +41 22 379 24 14
Email: nathan.hara@unige.ch

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso2102 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.

Om pressemeddelelsen

Pressemeddelelse nr.:eso2102da
Navn:TOI-178
Type:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:SPECULOOS, SPECULOOS Southern Observatory, Very Large Telescope
Instruments:ESPRESSO

Billeder

Illustration af exoplanetsystemet TOI-178
Illustration af exoplanetsystemet TOI-178
Her findes exoplanetsystemet TOI-178 i stjernebilledet Sculptor
Her findes exoplanetsystemet TOI-178 i stjernebilledet Sculptor

Videoer

ESOcast 233 Light: Exoplanetsystem med seks planeter i resonans udfordrer planetdannelsesteorierne
ESOcast 233 Light: Exoplanetsystem med seks planeter i resonans udfordrer planetdannelsesteorierne
Animation af baner og resonanser for exoplanetsystemet TOI-178 (der er lyd på!)
Animation af baner og resonanser for exoplanetsystemet TOI-178 (der er lyd på!)
Animation af exoplanetsystemet med seks planeter
Animation af exoplanetsystemet med seks planeter