Ученые обнаружили планетную систему с уникальными свойствами

Используя комбинацию телескопов, в том числе Очень большой телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), астрономы обнаружили систему, состоящую из шести экзопланет, которые вращаются вокруг своей звезды с определенным орбитальным резонансом, что отличает ее от прочих планетных систем, где такой закономерности нет. Необычно в ней и распределение планет по плотности. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Когда ученые впервые наблюдали звезду TOI-178, расположенную в 200 световых годах от нас в созвездии Скульптора, они увидели рядом с ней две планеты. При более детальном рассмотрении планет оказалось шесть, причем находятся они в весьма необычной конфигурации: пять из них, кроме ближайшей к звезде, движутся по своим орбитам в согласованном ритме, то есть находятся в резонансе.

Аналогичный орбитальный резонанс наблюдается, например, у спутников Юпитера: Ио, Европы и Ганимеда. За то время как самый дальний, Ганимед делает один полный оборот, Европа совершает два, а ближайший к Юпитеру Ио — четыре.

Но если три луны Юпитера находятся в резонансе 4: 2: 1, пять внешних планет в системе TOI-178 подчиняются правилу 18: 9: 6: 4: 3. Это самая длинная резонансная закономерность, известная среди планетных систем.

На самом деле, исследователи фактически обнаружили только пять планет, но, следуя выявленному резонансному ритму, они вычислили, на какой орбите будет находиться еще одна планета. Ученые планируют зафиксировать ее, когда у них появится очередное окно для наблюдений за системой.

Для того, чтобы разобраться в необычной архитектуре системы TOI-178, авторы использовали данные космического телескопа CHEOPS Европейского космического агентства, а также спектрографа ESPRESSO, установленного на VLT ESO и наземной роботизированной системы поиска экзопланет NGTS обсерватории Параналь ESO в Чили, объединенных в проект SPECULOOS.

Ученые задействовали оба метода обнаружения экзопланет, работающие на сегодняшний день: метод визуализации транзитов — с помощью CHEOPS, NGTS и SPECULOOS, и метод лучевых скоростей — с помощью ESPRESSO. Объединив эти два метода, астрономы смогли собрать ключевую информацию о планетах системы TOI-178, которые расположены ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, и оборачиваются намного быстрее, чем Земля.

Самая быстрая, внутренняя планета совершает оборот по своей орбите всего за пару дней, а самая медленная — в десять раз дольше. Радиус планет TOI-178 составляет от одного до трех радиусов Земли, а масса — в 1,5–30 раз больше.

Интересно то, что распределение плотностей в планетах TOI-178 совсем не такое, как в Солнечной системе. Каменистые планеты здесь более крупные и относятся к “суперземлям”, а газовые планеты, в отличие от газовых гигантов внешней зоны Солнечной системы, более мелкие и принадлежат к классу “мининептунов”.

“Этот контраст между ритмической гармонией орбитального движения и беспорядочной плотностью, безусловно, бросает вызов нашему пониманию формирования и эволюции планетных систем”, — приводятся в пресс-релизе ESO слова руководителя исследования Адриена Лелеу (Adrien Leleu) из Университета Женевы и Университета Берна в Швейцарии.

В Солнечной системе планеты расположены в определенном порядке: более плотные каменистые планеты находятся ближе к звезде, а газовые планеты с низкой плотностью — дальше.

“Здесь же мы видим, что рядом с такой же плотной планетой как Земля, расположена планета с плотностью вдвое меньшей Нептуна, а за ней следует планета с плотностью Нептуна. Это совсем не то, к чему мы привыкли”, — говорит еще один автор исследования Натан Хара (Nathan Hara) из Университета Женевы.

Авторы считают, что дальнейшее изучение системы TOI-178 даст важные подсказки о том, как образуются и эволюционируют планеты в планетных системах.