Ανακάλυψη μοναδικού πλανητικού συστήματος

Η αποστολή exoplanet της ESA Cheops αποκάλυψε ένα μοναδικό πλανητικό σύστημα που αποτελείται από έξι εξωπλανήτες, πέντε από τους οποίους είναι κλειδωμένοι σε έναν σπάνιο ρυθμικό χορό καθώς περιστρέφονται γύρω από το κεντρικό τους αστέρι. Τα μεγέθη και οι μάζες των πλανητών, ωστόσο, δεν ακολουθούν τόσο ομαλό μοτίβο. Αυτό το εύρημα προκαλεί τις τρέχουσες θεωρίες του σχηματισμού πλανητών.

Η ανακάλυψη αυξανόμενου αριθμού πλανητικών συστημάτων, όπως και το δικό μας ηλιακό σύστημα, συνεχίζει να βελτιώνει την κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το πλανητικό σύστημα που ονομάζεται TOI-178, περίπου 200 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Γλύπτη.

Οι αστρονόμοι ανέμεναν ήδη αυτό το αστέρι να φιλοξενήσει δύο ή περισσότερους εξωπλανήτες αφού το παρατήρησε με τον δορυφόρο Survey Exoplanet Transiting (TESS) της NASA. Νέες, εξαιρετικά ακριβείς παρατηρήσεις με το Cheops, το ESP Characterizing Exoplanet Satellite που κυκλοφόρησε το 2019, τώρα δείχνουν ότι το TOI-178 φιλοξενεί τουλάχιστον έξι πλανήτες και ότι αυτό το ξένο ηλιακό σύστημα έχει μια πολύ μοναδική διάταξη. Η ομάδα, με επικεφαλής τον Adrien Leleu του Πανεπιστημίου της Γενεύης και το Πανεπιστήμιο της Βέρνης στην Ελβετία, δημοσίευσε τα αποτελέσματά τους σήμερα στην Αστρονομία και την Αστροφυσική.

Ένα από τα ειδικά χαρακτηριστικά του συστήματος TOI-178 που οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποκαλύψουν με τον Cheops είναι ότι οι πλανήτες – εκτός από τον πλησιέστερο στο αστέρι – ακολουθούν έναν ρυθμικό χορό καθώς κινούνται στις τροχιές τους. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται τροχιακός συντονισμός και αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν μοτίβα που επαναλαμβάνονται καθώς οι πλανήτες περνούν γύρω από το αστέρι, με μερικούς πλανήτες να ευθυγραμμίζονται κάθε λίγες τροχιές.

Παρόμοιο συντονισμό παρατηρείται στις τροχιές τριών φεγγαριών του Δία: Io, Europa και Ganymede. Για κάθε τροχιά της Europa, ο Ganymede ολοκληρώνει δύο τροχιές και ο Io ολοκληρώνει τέσσερις (αυτό είναι ένα μοτίβο 4: 2: 1).

Στο σύστημα TOI-178, η κίνηση συντονισμού είναι πολύ πιο περίπλοκη καθώς περιλαμβάνει πέντε πλανήτες, ακολουθώντας ένα σχέδιο 18: 9: 6: 4: 3. Ενώ ο δεύτερος πλανήτης από το αστέρι (ο πρώτος στο σχέδιο) ολοκληρώνει 18 τροχιές, ο τρίτος πλανήτης από το αστέρι (δεύτερος στο σχέδιο) ολοκληρώνει εννέα τροχιές, και ούτω καθεξής.

Infographic του πλανητικού συστήματος TOI-178
Infographic του πλανητικού συστήματος TOI-178

Αρχικά, οι επιστήμονες βρήκαν μόνο τέσσερις από τους πλανήτες σε συντονισμό, αλλά ακολουθώντας το μοτίβο οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι πρέπει να υπάρχει ένας άλλος πλανήτης στο σύστημα (ο τέταρτος μετά το σχέδιο, ο πέμπτος πλανήτης από το αστέρι).

«Προβλέψαμε την πορεία της με ακρίβεια υποθέτοντας ότι συμβαδίζει με τους άλλους πλανήτες», εξηγεί ο Adrien. Μια επιπλέον παρατήρηση με τους Cheops επιβεβαίωσε ότι ο πλανήτης που λείπει πράγματι υπήρχε στην προβλεπόμενη τροχιά.

Αφού είχαν αποκαλύψει τις σπάνιες τροχιές, οι επιστήμονες ήταν περίεργοι να δουν αν η πυκνότητα του πλανήτη (μέγεθος και μάζα) ακολουθεί επίσης μια ομαλή μορφή. Για να το διερευνήσει αυτό, ο Adrien και η ομάδα του συνδύασαν δεδομένα από το Cheops με παρατηρήσεις που ελήφθησαν με επίγεια τηλεσκόπια στο Παρατηρητήριο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO) στη Χιλή.

Καλλιτεχνική εντύπωση του πλανητικού συστήματος TOI-178
Καλλιτεχνική εντύπωση του πλανητικού συστήματος TOI-178

Αλλά ενώ οι πλανήτες στο σύστημα TOI-178 περιστρέφονται γύρω από το αστέρι τους με πολύ ομαλό τρόπο, οι πυκνότητές τους δεν ακολουθούν κανένα συγκεκριμένο μοτίβο. Ένας από τους εξωπλανήτες, ένας πυκνός, επίγειος πλανήτης όπως η Γη βρίσκεται ακριβώς δίπλα σε έναν παρόμοιο αλλά πολύ χνουδωτό πλανήτη – όπως ένας μίνι Δίας, και δίπλα σε αυτόν είναι πολύ παρόμοιος με τον Ποσειδώνα.

«Δεν είναι αυτό που περιμέναμε και είναι η πρώτη φορά που παρατηρούμε μια τέτοια εγκατάσταση σε ένα πλανητικό σύστημα», λέει ο Adrien. «Σε λίγα συστήματα που γνωρίζουμε πού οι πλανήτες περιστρέφονται σε αυτόν τον συντονισμό, οι πυκνότητες των πλανητών μειώνονται σταδιακά καθώς απομακρυνόμαστε από το αστέρι, και είναι επίσης αυτό που περιμένουμε από τη θεωρία.»

Καταστροφικά γεγονότα όπως οι τεράστιες κρούσεις θα μπορούσαν κανονικά να εξηγήσουν μεγάλες διακυμάνσεις στις πυκνότητες του πλανήτη, αλλά το σύστημα TOI-178 δεν θα ήταν τόσο τακτοποιημένο σε αρμονία, αν αυτό συνέβαινε.

«Οι τροχιές σε αυτό το σύστημα είναι πολύ καλά ταξινομημένες, κάτι που μας λέει ότι αυτό το σύστημα έχει εξελιχθεί αρκετά απαλά από τη γέννησή του», εξηγεί ο συν-συγγραφέας Yann Alibert από το Πανεπιστήμιο της Βέρνης.

Η αποκάλυψη της περίπλοκης αρχιτεκτονικής του συστήματος TOI-178, το οποίο αμφισβητεί τις τρέχουσες θεωρίες του σχηματισμού πλανητών, κατέστη δυνατή χάρη σε σχεδόν 12 ημέρες παρατηρήσεων με τους Cheops (11 ημέρες συνεχών παρατηρήσεων, συν δύο μικρότερες παρατηρήσεις).

«Η επίλυση αυτού του συναρπαστικού παζλ απαιτούσε αρκετή προσπάθεια για τον προγραμματισμό, ιδίως για τον προγραμματισμό της συνεχούς παρατήρησης 11 ημερών που απαιτείται για να πιάσει τις υπογραφές των διαφορετικών πλανητών», λέει η επιστήμονας του έργου ESA Cheops, Kate Isaak. “Αυτή η μελέτη υπογραμμίζει πολύ όμορφα τις δυνατότητες παρακολούθησης των Cheops – όχι μόνο για τον καλύτερο χαρακτηρισμό γνωστών πλανητών, αλλά και για το κυνήγι και την επιβεβαίωση νέων.”

Ο Adrien και η ομάδα του θέλουν να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν το Cheops για να μελετήσουν το σύστημα TOI με ακόμα περισσότερες λεπτομέρειες.

«Μπορεί να βρούμε περισσότερους πλανήτες που θα μπορούσαν να βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη – όπου μπορεί να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια ενός πλανήτη – που ξεκινά έξω από τις τροχιές των πλανητών που ανακαλύψαμε μέχρι σήμερα», λέει ο Adrien. «Θέλουμε επίσης να μάθουμε τι συνέβη στον πιο εσωτερικό πλανήτη που δεν ανταποκρίνεται στους άλλους. Υποψιαζόμαστε ότι ξέσπασε από συντονισμό λόγω παλιρροιακών δυνάμεων. “

Οι αστρονόμοι θα χρησιμοποιήσουν το Cheops για να παρατηρήσουν εκατοντάδες γνωστούς εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω από φωτεινά αστέρια.

«Οι Cheops όχι μόνο θα εμβαθύνουν την κατανόησή μας για το σχηματισμό εξωπλανητών, αλλά και αυτό του πλανήτη μας και του Ηλιακού Συστήματος», προσθέτει η Kate.

 

Facebook Comments