K dnešnímu dni astronomové potvrdili existenci 4 152 extrasolárních planet ve 3 077 hvězdných systémech. Zatímco většina těchto objevů zahrnovala jedinou planetu, několik stovek hvězdných systémů bylo zjištěno jako multiplanetární. Systémy, které obsahují šest nebo více planet, se však zdají být vzácnější, přičemž dosud bylo objeveno jen asi tucet případů.
To je to, co astronomové zjistili poté, co za posledních sedm let pozorovali HD 158259, hvězdu podobnou Slunci, která se nachází asi 88 světelných let od Země. Spektrograf SOPHIE . V kombinaci s novými daty z Vesmírná družice tranzitující exoplanety (TESS), mezinárodní tým oznámil objev a systém šesti planet kde byli všichni v téměř dokonalém vzájemném rytmu.
Mezinárodní tým odpovědný za tento objev vedl Dr. Nathan Hara, postdoktorandský výzkumník na Univerzitě v Ženevě (UNIGE), člen švýcarské Institut PlanetS a spolupracovník Evropské vesmírné agentury (ESA) charakterizující ExOPlanets Satellite (CHEOPS) mise. Studie, která popisuje jejich zjištění, se nedávno objevila v časopise Astronomie a astrofyzika .
V planetárním systému HD 158259 jsou všechny páry následujících planet blízko rezonanci 3:2: vnitřní dokončí asi tři oběhy, zatímco vnější dvě. Kredit a ©: UNIGE/NASA
Pomocí SOPHIE astronomové prováděli měření rychlosti mnoha hvězd na severní polokouli, aby zjistili, zda kolem nich obíhají exoplanety. Tato metoda, známá jako Metoda radiální rychlosti (neboli Dopplerova spektroskopie) spočívá v měření spekter hvězdy, aby se zjistilo, zda se pohybuje na místě – což je známkou toho, že na ni působí gravitační síla jedné nebo více planet.
Je zajímavé, že to byl předchůdce SOPHIE ( Spektrograf ELODIE ), což vedlo k jednomu z prvních objevů exoplanet v roce 1995 – „horkého Jupiteru“ 51 Peg b (Dimidium). Po sedmi letech zkoumání HD 158259 se SOPHIE podařilo získat vysoce přesná měření radiální rychlosti, která odhalila přítomnost systému šesti planet.
Tento systém se skládá z nejvnitřnější velké kamenné planety („super-Země“) a pěti malých plynných obrů („mini-Neptunů“), kteří mají mezi sebou výjimečně pravidelné rozestupy. Jak vysvětlil François Bouchy, profesor astronomie a vědy na UNIGE a koordinátor pozorovacího programu v UNIGE tisková zpráva :
'Objev tohoto výjimečného systému byl umožněn díky získání velkého počtu měření a také díky dramatickému vylepšení přístroje a našich technik zpracování signálů.'
Umělecký dojem z 51 Pegasi b (Bellerophon), horkého Jupitera objeveného SOPHIE, který obíhá hvězdu asi 50 světelných let od Země. Kredit: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)
Tyto planety se pohybují od 2 (nejvnitřnější „super-Země“) až po 6krát („mini-Neptuny“) hmotnější než Země. Systém je také velmi kompaktní, všech šest planet obíhá blízko hvězdy a ta nejvzdálenější je jen 0,38krát vzdálenější než Merkur od Slunce. To umístí planety dobře dovnitř hvězdy obyvatelná zóna (HZ), což znamená, že žádný pravděpodobně nebude mít vodu na povrchu nebo dostatečně hustou atmosféru pro život.
Mezitím TESS monitoroval HD 158259, zda nevykazuje známky tranzitů (aka Tranzitní metoda ) a pozorovali pokles jasnosti hvězdy, když nejvnitřnější planeta procházela před hvězdou. Podle Isabelle Boisse, výzkumnice z Marseille Astrophysics Laboratory a spoluautorky studie, jim hodnoty TESS (v kombinaci s údaji o radiální rychlosti) umožnily omezit vlastnosti této planety ( HD 158259 b ) dále.
'Měření TESS silně podporuje detekci planety a umožňuje odhadnout její poloměr, což přináší velmi cenné informace o vnitřní struktuře planety,' řekla. Ale jak již bylo zmíněno dříve, nejpůsobivější vlastností tohoto systému je jeho pravidelnost. Planety v systému mají v podstatě téměř přesnou orbitální rezonanci 3:2
To znamená, že na každé tři oběžné dráhy nejvnitřnější planety provede druhý asi dva. V době, kdy druhá planeta dokončí tři oběhy, třetí dokončí asi dva. Tento poměr platí pro všech šest planet v systému a Haru a jeho kolegy docela překvapil.
Když popisujeme oběžné dráhy planet, Hara srovnal to orchestru hrajícímu hudbu, i když aranžmá není úplně dokonalé:
„Je to srovnatelné s tím, že několik hudebníků bije do odlišných rytmů, a přesto bije ve stejnou dobu na začátku každého taktu. Zde je důležité „o“. Kromě všudypřítomnosti poměru období 3:2 to představuje originalitu systému.“
Rezonance, dokonce i ty nedokonalé, jsou zajímavé pro astronomy, protože poskytují rady pro vznik a vývoj hvězdného systému. V astronomických kruzích se stále vede značná debata o tom, jak se hvězdné systémy spojují a mění v průběhu času. Zvláště sporným bodem je, zda se planety formují blízko své konečné poloze v systému, nebo zda po formování změní své oběžné dráhy.
Tento druhý scénář (známý jako planetární migrace) v posledních letech nabírá na síle díky objevu exoplanet, jako jsou „Hot-Jupiters“, což vede mnoho astronomů k otázce, zda dochází k planetárním „otřesům“. Zdá se, že tato teorie vysvětluje vznik šesti planet v systému HD 158259. Řekl Stephane Udry, profesor astronomie a vědy na UNIGE:
„Je známo několik kompaktních systémů s několika planetami v rezonancích nebo blízko k nim, jako je TRAPPIST-1 nebo Kepler-80. Předpokládá se, že takové systémy se tvoří daleko od hvězdy, než k ní migrují. V tomto scénáři hrají rezonance klíčovou roli.'
Koncept tohoto umělce ukazuje, jak může každá z planet TRAPPIST-1 vypadat, na základě dostupných údajů o jejich velikostech, hmotnostech a orbitálních vzdálenostech. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
Skutečnost, že planety HD 158259 jsou blízko rezonance 3:2, ale ne přesně v rámci jedné, naznačuje, že byly v minulosti uvězněny v jedné. Následně by však prošly synchronní migrací a vzdálily by se rezonanci. Podle Hary to není vše, co nám tento systém může říct.
„Navíc aktuální odklon dobových poměrů od 3:2 obsahuje spoustu informací,“ řekl. 'S těmito hodnotami na jedné straně a modely slapových efektů na straně druhé bychom mohli v budoucí studii omezit vnitřní strukturu planet.' Stručně řečeno, současný stav systému nám poskytuje okno o jeho formování.“
Čím více se dozvídáme o tomto multiplanetním systému a dalších podobných, tím více se můžeme dozvědět o tom, jak vznikly hvězdné systémy, jako je ten náš. Vyřešení těchto a dalších otázek o formování a vývoji planetárních systémů nás posune o krok blíže k poznání, jak může vzniknout život (a možná, kde ho hledat!)
Další čtení: Ženevská univerzita , Astronomie a astrofyzika