Удивительное открытие сделали астрономы из Сент-Эндрюсского университета благодаря телескопу CHEOPS Европейского космического агентства. Ученые обнаружили шесть экзопланет, которые пребывали в ритмическом движении вокруг своей звезды.
В ритмичном "танце"
Необычное явление наблюдалось в 200 световых годах от нашей планеты. Предполагается, что оно поможет выяснить, каким образом формируются подобные планетные системы.
Наибольший интерес в сделанном открытии вызывает ритмическое движение пяти из планет с совпадающими орбитами. Геометрия движений такова, что объекты с самого начала формирования системы не могут столкнуться.
Планеты открытой системы TOI-178 создали тип резонансной гармонии, при которой периоды обращения постоянно притягиваются.
Нестандартная иерархия
Интерес вызывает и плотность планет. В Солнечной системе каменистые объекты с высокой степенью плотности обычно находятся близко к Солнцу, после чего на расстоянии следуют газовые легкие планеты.
В системе TOI-178 похожая на Землю плотная планета располагается рядом с легкой планетой, плотность которой в два раза меньше Нептуна. Затем уже следует планета, похожая на Нептун.
Эта нестандартная компоновка и сама орбитальная конфигурация не соответствуют тем правилам формирования планетных систем, которые на сегодняшний день приняты астрономами как стандартные.
Орбитальная последовательность
Планеты в своем движении могут образовывать определенную гармонию между орбитами и гравитацией внутри их системы вокруг центральной звезды. В этом случае планеты, у которых отношения орбитального периода формируют простые фракции, периодически притягиваются под действием гравитации. Одной из этих планет требуется три дня для облета своей звезды, а второй ближайшей – два дня.
Это значит, что есть закономерности, повторяющиеся при обращении планет вокруг центральной звезды. При этом некоторые из планет выравниваются в положении каждые несколько оборотов.
Схожий резонанс ученые наблюдают на орбитах спутников Юпитера: Ганимеда, Европы, а также Ио. Ближайший к Юпитеру спутник – Ио совершает четыре полных оборота вокруг планеты за то время, как самый дальний, Ганимед, делает один оборот, а Европа - два.
Пять экзопланет в системе TOI-178 образуют более сложную конфигурацию резонанса, которая признана одной из самых длинных из открытых в системе планет.
Но если три спутника Юпитера формируют резонанс 4:2:1, то внешние планеты в системе TOI-178 образуют цепочку в закономерности 18:9:6:4:3.
В частности, вторая планета относительно центральной звезды делает 18 оборотов, а третья выполняет 9 витков.
Расширение представлений
Ученые, среди которых и специалисты из Женевского университета, управляющего телескопом CHEOPS, прежде считали, что вокруг центральной звезды TOI-178 делают обороты всего три планеты. Однако при более детальном изучении системы были обнаружены еще три планеты, причем в итоге пять из общего количества находятся в гармоническом ритме.
Данные о первых трех планетах TOI-178 дали наблюдения спутника NASA TESS, а затем уже информация о данной системе была расширена благодаря телескопу CHEOPS.
По словам доктора Томаса Уилсона, представляющего Сент-Эндрюсский университет, команда исследователей имеет высококачественные данные 11-дневных наблюдений от CHEOPS. Также он подтвердил, что по меньшей мере пять планет вращаются внутри системы по особой резонансной цепочке.
Уилсон подчеркивает, что им довелось наблюдать редкую конфигурацию планетной системы, особенности которой и побудили ученых продолжать изучения. В результате была обнаружена шестая планета с предсказанным орбитальным периодом.
Слаженная система
По мнению астронома Эндрю Коллиера Кэмерона, именно по цепи резонансов, как по ключу шифра, можно будет разгадать процесс формирования системы вокруг TOI-178. Как отметил профессор, данная упорядоченность позволяет этим компактно расположенным планетам избегать катастрофических взаимодействий на протяжении миллиардов лет.
Еще один участник исследования, представитель Бернского университета Янн Алиберт подтвердил, что орбиты в наблюдаемой системе хорошо упорядочены. По его мнению, это свидетельство того, что данная система плавно эволюционировала с момента своего рождения очень давно.
В то же время если бы данная система имела нарушения в самом начале жизни, то при столкновении столь хрупкая орбитальная конфигурация не сохранилась бы.
С точки зрения наблюдателей, речь идет и вовсе об уникальной планетной конфигурации, способной изменить современное представление научного сообщества о формировании и эволюции планет.
Раньше было принято как закономерность, что плотноупакованные планеты, вращающиеся резонансным образом вокруг своей звезды, по мере удаления от нее уменьшались в показателе плотности. Но в данном случае система TOI-178 показывает нарушение этой иерархии показателей плотности, хотя в то же время сохраняется упорядоченный и гармоничный способ их орбитального вращения.
За подтверждением необычной картины планетного расположения ученые обратились к данным приемника ESPRESSO, который установлен на большом телескопе VLT в обсерватории Паранал, Чили. Как отметила Кейт Исаак, участник проекта, ей и ее коллегам удалось впервые наблюдать подобное. Во многих прежде наблюдаемых системах с такой гармонией, как она отмечает, плотность планет уменьшалась по мере удаления от центральной звезды.
Заключение
С момента начала наблюдения система TOI-178 вызывала у астрономов все новые вопросы. Они и подталкивали ученых на новые исследования, которые в результате и привели к обнаружению двух необычных явлений. Во-первых, это уникальная конфигурация орбитального порядка пяти планет. Во-вторых, нестандартный порядок положения планет относительно центральной звезды по параметру плотности.
Чем больше информации исследователи получают о системе TOI-178 с ее планетами, тем больше новых вопросов появляется. Беспрецедентное сочетание плотностей планет и ритмического орбитального движения с резонансом говорит о том, что ученым предстоит узнать еще много нового и интересного о закономерностях создания и эволюции планетных систем.
