Відкрито рідкісну систему з шістьма «резонансними» екзопланетами

Астрономи описали рідкісну зіркову систему, усі планети якої перебувають у резонансі. Це означає, що з часів формування система майже не змінилася. У північному сузір’ї Волосся Вероніки, приблизно за 100 світлових років від Землі, знаходиться зірка HD110067 спектрального класу K0. 2020 року космічний телескоп TESS виявив у її випромінюванні ритмічні падіння яскравості — явну ознаку наявності екзопланет. Провівши попередній аналіз даних, вчені припустили, що має бути два об’єкти.

Через кілька років, у 2022 році, астрономи TESS повторили спостереження за зіркою. Хоча за новими, більш повними даними знову вийшло, що поряд з HD110067 літають дві планети, вченим не вдалося пояснити всі особливості спостережень.

У нових даних знайшлося ще кілька транзитів, які не співпадали з попередніми кандидатами в екзопланети. Тоді незвичайною системою зацікавилися Рафаель Луке (Rafael Luque) з університету Чикаго та його колеги. Група вирішила використати космічний телескоп «Хеопс». Цей невеликий апарат створили та запустили спеціально для вивчення вже виявлених екзопланет у найближчих системах із яскравими зірками. З його допомогою вчені знайшли в системі третю планету, і вона стала ключем до відкриття інших.

Виявилося, що три планети — HD110067b, HD110067c і HD110067d — знаходяться в орбітальних резонансах 3:2 і 3:2. Якщо вони перебувають у ланцюжку резонансів, то й інші планети системи, якщо такі є, повинні дотримуватися ритму. Інакше рівновагу давно було б порушено.

Використовуючи це припущення, група вчених змогла підібрати орбітальні резонанси так, щоб пояснити всі падіння яскравості HD110067, що залишилися, в даних спостережень TESS. Так у дослідників вийшло шість екзопланет із резонансами у парах 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 та 4:3.

Поки перша планета системи з орбітальним періодом близько дев’яти земних днів робить три обороти, друга встигає зробити два і таке інше. На один оборот найдальшої екзопланети з орбітальним періодом близько 54 земних днів припадає шість оборотів найближчої. Результати дослідження опубліковані в Nature.

Коли система лише формується, її планети найчастіше перебувають у резонансі, але рівновага легко руйнується. Причиною може стати дуже потужна планета, сильне зіткнення тіл усередині системи або зближення з іншою зіркою. За словами автора роботи Рафаеля Луке, вчені вважають, що лише 1% усіх систем зберігає орбітальний резонанс. Тому «чиста конфігурація» системи HD110067 така цікава дослідникам.

Відомі лише дві «резонансні» системи з шести планет: HD158259 і TOI-178, системи з суперземлями та міні-нептунами. До речі, у «розшифровці» дослідники також задіяли телескоп «Хеопс». За зібраними даними вченим вдалося визначити масу трьох планет системи та дати оцінку маси трьох решти. Так у «найлегшої» планети HD110067e маса повинна бути менше ніж 3,9 маси Землі. А «найважчою» виявилася HD110067d з масою в 8,5 раза більше земної. Для порівняння: Нептун за цим показником приблизно в 17 разів більший за Землю.

Екзопланети, які за масою знаходяться між Землею та Нептуном, зустрічаються більш ніж у половини сонцеподібних зірок. Щобільше, багато вчених вважають, що умови на цих космічних тілах добре підходять для життя. Рівноважна температура планет HD110067: від 440 кельвінів у найдальшої до 800 кельвінів у найближчої до зірки.

Проте ми не до кінця розуміємо, як вони формуються та еволюціонують, а від цього залежить склад як самої планети, так і її атмосфери. Судячи з маси та щільності трьох екзопланет системи HD110067, їх оточують товсті водневі атмосфери.