Systém šesti exoplanet se synchronizovaným pohybem je výzvou pro současné teorie formování planet

ESO 002/21 tisková zpráva

Astronomům se podařilo pomocí řady kosmických i pozemních přístrojů včetně dalekohledu ESO/VLT nalézt soustavu s šesti exoplanetami, z nichž pět se kolem své mateřské hvězdy pohybuje vzácně synchronizovaným způsobem. Vědci se domnívají, že tento systém by mohl poskytnout neocenitelné informace o procesech vzniku a vývoje planet i ve Sluneční soustavě.

Když členové týmu poprvé sledovali systém TOI-178, který se na obloze nachází v souhvězdí Sochaře a je vzdálený asi 200 světelných let, domnívali se, že se jim podařilo zaznamenat dvojici planet obíhající kolem hvězdy po stejné dráze. Detailní průzkum ale ukázal něco zcela jiného. „Následná pozorování a jejich analýza ukázaly, že se nejedná o dvě planety obíhající kolem hvězdy v podobné vzdálenosti, ale spíš o několik planet ve velmi neobvyklé konfiguraci,“ říká Adrien Leleu, hlavní autor nové studie, která byla publikována ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Výzkum ukázal, že systém hostí šest exoplanet a kromě té nejbližší se všechny ostatní pohybují po oběžných drahách s navzájem vázanou periodou – jsou v takzvané rezonanci. To znamená, že v systému existují konfigurace, které se při oběhu planet kolem hvězdy neustále opakují, a některé planety se dostávají do stejné pozice každých několik oběhů. Podobné rezonance drah pozorujeme ve Sluneční soustavě u trojice Jupiterových velkých měsíců Io, Europa a Ganymedes. Io, nejbližší z měsíců Jupiteru, oběhne kolem planety 4krát během jednoho oběhu Ganymedu. A na jeden oběh Europy, nejvzdálenějšího z této trojice, připadají právě dva oběhy Ganymedu.          

Pět vnějších planet v systému TOI-178 však jeví mnohem složitější řetězec rezonancí, dokonce jeden z nejdelších, jaký byl dosud v planetárním světě popsán. Zatímco tři měsíce Jupiteru jsou v rezonanci popsané poměrem 4:2:1, pět planet systému TOI-178 má řetězec s poměry 18:9:6:4:3, to znamená, že na 18 oběhů druhé planety v systému (první v tomto řetězci) připadá 9 oběhů třetí planety (druhé v řetězci) a tak dále. Vědci ve skutečnosti nejprve nalezli pouze pět planet tohoto systému, ale na základě popsaného systému rezonancí spočetli, v jakém místě své dráhy by se mohla nacházet další planeta během příštího pozorovacího okna .      

Nejedná se však pouze o kuriozitu. Tento rezonanční tanec planet poskytuje důležité informace o minulosti celého sytému. „Dráhy v této soustavě jsou velmi precizně uspořádány, což znamená, že celý systém se od svého zrození vyvíjel relativně poklidně,“ vysvětluje spoluautor Yann Alibert (University of Bern). Pokud by soustava byla jakýmkoliv způsobem výrazně narušena v rané fázi vývoje, například srážkou planet, tato křehká konfigurace drah by se nezachovala.  

Nepravidelnosti v rytmu systému

„I když je uspořádání drah téměř dokonalé, hustoty planet jsou rozloženy mnohem nepravidelněji,“ říká Nathan Hara (Université de Genève, Švýcarsko), který se na studii rovněž podílel. „Zdá se, že hned vedle planety s hustotou podobnou Zemi se nachází velmi ‚načechraný‘ soused s poloviční hustotou než Neptun a následuje planeta s hustotou Neptunu. Na něco takového nejsme zvyklí.“ Planety ve Sluneční soustavě jsou uspořádány podle hustoty rovnoměrněji – hustější kamenné se nacházejí blíže ke Slunci a méně husté plynné planety dále.

„Tento kontrast mezi rytmickou harmonií orbitálních pohybů a nepořádkem v rozložení hustoty je rozhodně výzvou pro naše chápání vzniku a vývoje planetárních systémů,“ říká Adrien Leleu.

Kombinace metod

K výzkumu neobvyklé architektury tohoto systému použili členové týmu data ze satelitu CHEOPS (ESA, European Space Agency), pozemních pozorování přístrojem ESPRESSO pro dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope) a také z přehlídek NGTS či SPECULOOS, které obě pracují na Observatoři Paranal v Chile. Jelikož je velmi obtížné přímo zobrazit exoplanety pomocí dalekohledu, musí astronomové místo toho spoléhat na jiné techniky detekce. Hlavními jsou metoda tranzitů – pozorování světla mateřské hvězdy, které je oslabeno v okamžiku, kdy při pohledu ze Země planeta přechází přes disk hvězdy – a měření radiálních rychlostí – spektroskopická metoda umožňující odhalit pohyb hvězdy ve směru od nás a k nám při oběhu exoplanety po oběžné dráze. Členové týmu využili obě tyto metody k pozorování systému TOI-178: přehlídky CHEOPS, NGTS a SPECULOOS při pozorování tranzitů a přístroj ESPRESSO k měření radiální rychlosti hvězdy.

Díky kombinaci obou technik byli astronomové schopni získat klíčové informace o systému TOI-178 a jeho planetách, které obíhají kolem centrální hvězdy mnohem blíže a mnohem rychleji, než  Země kolem Slunce. Vnitřní, nejbližší planeta obíhá nejrychleji – během několika dní – zatímco nejvzdálenější planetě oběh trvá asi 10krát déle. Velikosti planet se pohybují v rozmezí od jednoho do tří průměrů Země, zatímco hmotnosti jsou v rozsahu od 1,5 až po 30 hmotností Země. Některé planety jsou kamenné, ovšem větší než Země – řadíme je do kategorie super-Zemí. Ostatní jsou plynné, podobně jako vnější planety Sluneční soustavy, jsou však mnohem menší – řadíme je do kategorie mini-Neptun.     

I když žádná z objevených exoplanet neleží v obyvatelné zóně kolem mateřské hvězdy, vědci naznačují, že pokračování rezonančního řetězce by mohlo vést k objevení dalších planet ležících velmi blízko obyvatelné zóny nebo přímo v ní. Dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope), který by měl zahájit svou činnost v tomto desetiletí, bude schopen přímo zobrazit kamenné exoplanety v obyvatelné zóně této hvězdy a dokonce zkoumat jejich atmosféry. Nabídne tak možnost seznámit se se systémem TOI-178 ještě detailněji.

Zdroj

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178”, který byl publikován v časopise Astronomy & Astrophysics.

Složení týmu

A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Švýcarsko [UNIGE], University of Bern, Švýcarsko [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, Francie [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Francie [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, Belgie [Liège]), J. Cabrera (Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlín, Německo [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, Portugalsko [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, Španělsko, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, španělsko), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, Nizozemí [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Španělsko), 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, Švýcarsko [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francie), F. Bouchy (UNIGE), V. Bourrier (UNIGE), G. Boué (IMCCE), A. Brandeker (Department of Astronomy, Stockholm University, Švédko), 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, Maďarsko), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, Francie), 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, Francie), S. Cristiani (INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, Itálie [INAF Trieste]), M. Damasso (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Itálie [INAF Torino]), M. B. Davies (Lund Observatory, Dept. of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University, Švédsko), M. Deluil (AMU), L. Delrez (AMU, Space sciences, Technologies and Astrophysics Research [STAR] Institute, Université de Liège, Belgie, 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, Itálie), 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, Rakousko [IWF]), M. Fridlund (Leiden Observatory, University of Leiden, Nizozemí, Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Švédsko [Chalmers]), D. Futyan (UNIGE), D. Gandolfi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Itálie), A. García Muñoz (Center for Astronomy and Astrophysics, Technical University Berlin, Německo), 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, Rakousko), 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, Maďarsko), M. H. Kristiansen (Brorfelde Observatory, Observator Gyldenkernes, Dánsko, DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Dánsko), 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, Francie), M. Lendil (UNIGE), J. Lillo-Box (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, Madrid, Španělsko), G. Lo Curto (ESO Vitacura), D. Magrin (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Itálie [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, Itálie), 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, Itálie), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugalsko), G. Olofsson (Department of Astronomy, Stockholm University, Švédsko), 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, Rakousko), I. Pagano (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Itálie), 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, Německo), G. Piotto (INAF Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei", Università degli Studi di Padova, Itálie), G. Polenta (Space Science Data Center, Roma, Itálie), D. Pollacco (Warwick), E. Poretti (Fundación G. Galilei – INAF (Telescopio Nazionale Galileo), La Palma, Španělsko, INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Itálie), 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, Rakousko), I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), Španělsko, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Španělsko), N. C. Santos (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), G. Scandariato (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Itálie), J. Schneider (Paris Observatory, Francie), 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, Maďarsko, MTA-ELTE Exoplanet Research Group, Maďarsko), 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, Itálie, INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Itálie), 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, Španělsko).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal pracují dalekohledy systému VLT (Velmi velký dalekohled) schopné fungovat společně jako interferometr VLTI a dva přehlídkové teleskopy – VISTA pro infračervenou a VST pro viditelnou oblast spektra. Na Observatoři Paranal bude umístěn a provozován také největší a nejcitlivější teleskop pro sledování záření gama – Cherenkov Telescope Array South. ESO je také významným partnerem zařízení umístěných na planině Chajnantor – APEX a ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• Vědecký článek
• Snímky dalekohledu VLT
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Soňa Ehlerová; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

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

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

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

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