eso2102ru — Научный релиз

Ритмы системы шести экзопланет бросают вызов теории

25 января 2021 г.

Использовав несколько инструментов, в том числе Очень Большой телескоп Европейской Южной обсерватории (VLT ESO), астрономы обнаружили систему шести экзопланет, пять из которых обращаются вокруг своей центральной звезды в резонансе. Исследователи считают, что эта система может дать важную информацию о том, как образуются и развиваются планеты, в том числе и планеты Солнечной системы.

Когда группа исследователей впервые наблюдала TOI-178, звезду, находящуюся на расстоянии около 200 световых лет от нас в созвездии Скульптора, астрономы решили, что они обнаружили две планеты, обращающиеся вокруг этой звезды по одной и той же орбите. Однако, более пристальный взгляд показал, что дело обстоит совершенно иначе. “Продолжая наши наблюдения, мы поняли, что система содержит не две планеты, обращающиеся вокруг звезды на примерно одинаковом расстоянии от нее, а целую группу планет, образующих очень необычную конфигурацию”, говорит Адриен Лёло (Adrien Leleu) из Женевского и Бернского университетов в Швейцарии, руководитель нового исследования планетной системы, публикуемого сегодня в журнале Astronomy & Astrophysics.

Исследование показало, что система содержит шесть экзопланет и что все они, кроме одной, ближайшей к звезде, в процессе своего движения по орбитам связаны неким ритмическим «танцем». Другими словами, все они находятся в резонансе. Это означает, что в их движении вокруг звезды имеются регулярно повторяющиеся конфигурации. Похожие резонансные явления наблюдаются в орбитах трех «галилеевых лун» Юпитера: Ио, Европы и Ганимеда. Ближайшая из них к Юпитеру, Ио, совершает вокруг материнской планеты четыре полных оборота, пока Ганимед, самый дальний спутник из трех, совершает всего один; а Европа совершает вокруг Юпитера один оборот за время двух оборотов Ио.

У пяти внешних экзопланет в системе TOI-178 наблюдается гораздо более сложная система резонансов, одна из самых длинных «резонансных цепочек», когда-либо обнаруженных у планет. Если три спутника Юпитера находятся в резонансе 4:2:1, то пять планет системы TOI-178 образуют резонансную цепь 18:9:6:4:3! Пока вторая от звезды планета (первая в резонансной цепи) совершает 18 оборотов, третья от звезды (вторая в цепи) делает их 9, и т.д. В действительности ученые сначала нашли в системе только пять планет, но анализируя их резонансный ритм, сумели вычислить, где должна в этой цепочке находиться еще одна, добавочная планета и как её найти, когда появится следующее «окно наблюдений» системы.

«Танец» планетных резонансов не просто любопытное сочетание орбит. Он указывает на важные закономерности в прошлом развитии планетной системы. “Орбиты в этой системе очень строго упорядочены, и это говорит нам о том, что со времени образования системы она развивалась чрезвычайно гладко и спокойно»”, – объясняет соавтор работы Янн Алиберт (Yann Alibert) из Бернского университета. Если бы система подверглась значительному возмущению на ранних этапах своего развития, например, вследствие гигантского соударения, хрупкое равновесие орбитальных резонансов неизбежно было бы разрушено.

Беспорядок в системе ритмов

Но даже если расположение орбит в системе столь филигранно упорядочено, плотности планет “упорядочены гораздо хуже”, –  говорит Натан Хара (Nathan Hara) из Женевского университета в Швейцарии, также принимавший участие в работе. “И оказывается, что планета, столь же плотная, как Земля, расположена по соседству с другой, прямо-таки мягкой, как пух, с плотностью, вдвое меньшей, чем у Нептуна; а следом за ней идет планета, с плотностью, как у Нептуна. Это совсем не похоже на то, к чему мы привыкли”. В Солнечной системе, например, планеты в этом отношении расположены гораздо более упорядоченно: плотные каменистые планеты расположены вблизи центральной звезды, а обладающие малой плотностью газовые гиганты – вдали от нее.

Такой контраст между ритмической гармонией орбитальных движений и неупорядоченными плотностями планет совершенно противоречит нашему пониманию закономерностей образования и развития планетных систем”, – говорит Лёло.

Комбинация методов исследования

Для изучения необычной архитектуры планетной системы, группа воспользовалась данными, полученными с борта запущенного Европейским космическим агентством спутника CHEOPS, дополнив их наземными наблюдениями с приёмником ESPRESSO на телескопе ESO VLT, а также с инструментами NGTS и SPECULOOS, также размещенными в обсерватории ESO на горе Параналь в Чили. Прямые наблюдения экзопланет в телескоп – задача исключительно сложная, и вместо этого астрономам приходится применять другие методы регистрации. Главными из них являются два. Это наблюдение транзитов — кратковременных ослаблений света центральной звезды во время прохождения между ней и земным наблюдателем экзопланеты, которая загораживает часть поверхности звезды. Второй метод — измерение колебаний лучевой скорости звезды по смещениям линий в её спектре; эти колебания вызваны периодическими малыми смещениями звезды по лучу зрения вследствие гравитационного притяжения её планетой. В наблюдениях системы группа использовала оба метода: установки CHEOPS, NGTS и SPECULOOS наблюдали транзиты, а спектрограф ESPRESSO – лучевые скорости. 

Сочетая оба метода, астрономы сумели получить ключевую информацию о системе и входящих в нее планетах. Планеты этой системы обращаются вокруг своей звезды на гораздо более близких расстояниях и гораздо быстрее, чем Земля обращается вокруг Солнца. Самая внутренняя и  быстровращающаяся планета системы совершает полный оборот всего за пару земных дней; самая медленная обходит вокруг звезды вдесятеро дольше. Размеры шести планет лежат в интервале от примерно одного до трех диаметров Земли, а их массы составляют от 1.5 до 30 земных масс. Некоторые из этих планет каменные, но по размеру больше Земли — такие планеты называют «сверхземлями». Другие – газовые планеты, похожие на внешние планеты Солнечной системы, но гораздо меньших размеров. Их прозвали «мини-нептунами».

Хотя ни одна из найденных шести экзопланет не лежит в «зоне обитания» материнской звезды, исследователи полагают, что продолжая идти по резонансной цепочке, они могут найти в этой системе и другие планеты, которые могут оказаться внутри этой зоны или вблизи нее. Чрезвычайно Большой телескоп ESO (ELT), который должен начать работать в нынешнем десятилетии, сможет получить прямые изображения каменных экзопланет в «зоне обитания» звезды и даже получить характеристики их атмосфер, что позволит изучать системы, похожие на TOI-178, еще подробнее.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178”, которая публикуется в журнале Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039767).

Состав исследовательской группы: A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Switzerland [UNIGE], University of Bern, Switzerland [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, France [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, France [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, Belgium [Liège]), J. Cabrera (Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Germany [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, Spain, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, Spain), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, the Netherlands [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Spain), S.C.C Barros (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), W. Baumjohann (Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Austria), D. Bayliss (Warwick, CEH), M. Beck (UNIGE), T. Beck (Bern) A. Bekkelien (UNIGE), W. Benz (Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Switzerland [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France), 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, Hungary), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, France), 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, France), S. Cristiani (INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, Italy [INAF Trieste]), M. Damasso (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Italy [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, Belgium, 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, Italy), 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, Austrian Academy of Sciences, Graz, Austria [IWF]), M. Fridlund (Leiden Observatory, University of Leiden, The Netherlands, Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Sweden [Chalmers]), D. Futyan (UNIGE), D. Gandolfi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Italy), A. García Muñoz (Center for Astronomy and Astrophysics, Technical University Berlin, Germany), 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, Austria), 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, Hungary), M. H. Kristiansen (Brorfelde Observatory, Observator Gyldenkernes, Denmark, DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Denmark), 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, France), M. Lendil (UNIGE), J. Lillo-Box (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, Madrid, Spain), G. Lo Curto (ESO Vitacura), D. Magrin (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italy [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, Italy), 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, Italy), 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, Austria), I. Pagano (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italy), 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, Germany), G. Piotto (INAF Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei", Università degli Studi di Padova, Italy), G. Polenta (Space Science Data Center, Roma, Italy), D. Pollacco (Warwick), E. Poretti (Fundación G. Galilei – INAF (Telescopio Nazionale Galileo), La Palma, Spain, INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italy), 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, Austria), I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), Spain, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spain), N. C. Santos (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), G. Scandariato (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italy), J. Schneider (Paris Observatory, France), 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, Hungary, MTA-ELTE Exoplanet Research Group, Hungary), 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, Italy, INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), 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, Spain).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо». 

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-9112122130
Сотовый: +7-9112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmai.com

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

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

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

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

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2102.

О релизе

Релиз №:eso2102ru
Название:TOI-178
Тип:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:SPECULOOS, SPECULOOS Southern Observatory, Very Large Telescope
Instruments:ESPRESSO

Изображения

Планетная система TOI-178: взгляд художника
Планетная система TOI-178: взгляд художника
Положение планетной системы TOI-178 в созвездии Скульптора
Положение планетной системы TOI-178 в созвездии Скульптора

Видео

ESOcast 233 Light: Система из шести экзопланет своим ритмическим движением бросает вызов теориям образования планет
ESOcast 233 Light: Система из шести экзопланет своим ритмическим движением бросает вызов теориям образования планет
Художественная анимация орбит системы TOI-178 и их резонансов (смотреть со звуком!)
Художественная анимация орбит системы TOI-178 и их резонансов (смотреть со звуком!)
Система шести экзопланет: художественная анимация
Система шести экзопланет: художественная анимация