Sciencemag.cz
Doporučujeme
Podobné rezonance drah pozorujeme ve Sluneční soustavě u trojice Jupiterových velkých měsíců Io, Europa a Ganymedes.
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.
Výzkum byl prezentován v článku “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178”, který byl publikován v časopise Astronomy & Astrophysics.
