Шесть транзитных планет и цепочка резонансов Лапласа в TOI-178

Рабочая группа Adrien Leleu из Universität Genf открыли планетную систему, необычную во многих отношениях. В этой системе, удаленной от нас на 200 световых лет, планеты движутся в орбитальном резонансе и их орбиты ритмически согласованы. Это одна из самых длинных резонансных цепочек и к тому же с кажущейся хаотичностью в распределении плотностей.

Изучение архитектуры многопланетных систем - одно из ключевых исследований для понимания образования и эволюции планет. Резонансные системы (периоды обращения нескольких небесных тел соотносятся как натуральные целые числа - например, Сатурн и Юпитер 2:5 - два оборота Сатурна вокруг Солнца равны по времени пяти оборотам Юпитера) особенно важны, поскольку хрупкость их орбитальной конфигурации гарантирует, что никаких значительных столкновений не произошло с самой ранней стадии формирования.

В этом контексте TOI-178 (планетарная система в созвездии Скульптор) была предметом особого внимания, с тех пор, как первые наблюдения TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite - космический телескоп, предназначенный для открытия экзопланет транзитным методом) выявили возможное присутствие резонансной цепи 2:3:3. Данная публикация сообщает о новых результатах наблюдений CHEOPS, ESPRESSO, NGTS, SPECULOOS с расшифровкой специфической орбитальной архитектуры системы.

Мы поняли, что мы имеем дело не с двумя планетами, вращающимися вокруг звезды на примерно одинаковом расстоянии, а с несколькими планетами в очень особой конфигурации. - говорит Лелеу.

Итак, данные CHEOPS выявили сначала 5, а затем 6 планет. Удивительное состояло в том, что 5 планет связаны резонансной цепью и гармоничным ритмом 18:9:6:4:3. Лишь самая близкая к звезде планеты танцует соло.

В результате этого гармонического орбитального движения вокруг TOI-178 планеты образуют линию каждые несколько оборотов, а затем снова расходятся.

«Орбиты в этой системе очень хорошо упорядочены, что говорит нам о том, что эта система развивалась очень плавно с момента своего рождения», - объясняет соавтор Янн Алиберт из Бернского университета.

Ещё одна особенность планетной системы заключается в кажущемся отсутствии последовательности в размерах и плотностях/массах планет. Согласно данным телескопов все планеты примерно 1-3 раза больше Земли с массами от 1,5 до 30 масс нашей планеты: каменные землеподобные планеты, суперземли, а также мини-Нептуны чредуются в случайном порядке.

"В системе TOI-178 кажется так, что планета со схожей Земле плотностью, находится рядом с газовой планетой с плотностью вдвое меньше плотности Нептуна, за которой следует планета очень схожая с ним", -сообщает соавтор Натан Хара из Женевского корабля.

Такая комбинация - резонанс и странная последовательность плотностей - делает эту систему уникальной среди известных.

«Мы впервые наблюдаем такую структуру в планетной системе», - говорит Лелеу. «Мы знаем о некоторых системах, в которых планеты движутся в таком ритмическом резонансе, но в которых плотность планет постепенно уменьшается по мере удаления от звезды».

Данные особенности пока необъяснимы с точки зрения существующей теории формирования планетарной системы.

«Этот контраст между ритмической гармонией орбитального движения и неупорядоченными плотностями ставит под сомнение наше понимание формирования и развития планетных систем», - говорит Лелеу.

Далее можно насладится прекрасной анимацией ритмического рисунка движения планет системы TOI-178, сопровождающееся музыкальной гармонией в пентатонической шкале. Каждой планете присвоена нота, звучащая при прохождении планетой одного либо половины оборота, а также они создают созвучие при выстраивании в прямую линию.

Artist’s animation of the TOI-178 orbits and resonances (sound on!)01:12

Источник Eso, Scinex