Er zijn zes exoplaneten gespot in een kosmische wals rond een nabijgelegen ster

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke vooruitgang en meer.

CNN
—

Astronomen hebben twee verschillende detectiesatellieten voor exoplaneten gebruikt om een ​​kosmisch mysterie op te lossen en een zeldzame familie van zes planeten te onthullen die zich op ongeveer 100 lichtjaar van de aarde bevinden. Deze ontdekking kan wetenschappers helpen de geheimen van planetaire vorming te ontrafelen.

De zes buitenplaneten draaien rond een heldere, zonachtige ster genaamd HD110067, gelegen in het sterrenbeeld Coma Berenice aan de noordelijke hemel. Groter dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus, vallen de planeten in een weinig begrepen categorie die sub-Neptuniaanse planeten wordt genoemd en die gewoonlijk rond zonachtige sterren in de Melkweg worden aangetroffen. De planeten, aangeduid met b tot en met g, draaien rond de ster in een hemelse dans die bekend staat als orbitale resonantie.

Er zijn patronen waarneembaar wanneer planeten hun banen voltooien en zwaartekracht op elkaar uitoefenen, blijkt uit een onderzoek dat woensdag in het tijdschrift is gepubliceerd. Natuur tijdschrift. Voor elke zes banen voltooid door planeet b, de planeet die het dichtst bij de ster staat, voltooit de verste planeet g één baan.

Omdat planeet c drie banen rond de ster maakt, maakt planeet d er twee, en wanneer planeet e vier banen rond de ster voltooit, maakt planeet f er drie.

Dit harmonische ritme creëert een resonante keten, waarbij de zes planeten om de paar banen op één lijn staan.

Wat deze planetenfamilie tot een ongebruikelijke ontdekking maakt, is dat er weinig is veranderd sinds het systeem meer dan een miljard jaar geleden werd gevormd, en deze ontdekking zou licht kunnen werpen op de evolutie van planeten en de oorsprong van de dominante subplaneten. In ons thuisstelsel.

Onderzoekers merkten het sterrensysteem voor het eerst op in 2020 toen NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite, oftewel TESS, dalingen in de helderheid van HD110067 ontdekte. Een dip in het sterlicht duidt er vaak op dat een planeet tussen zijn gastster en een waarnemende satelliet beweegt terwijl de planeet langs zijn baan beweegt. Het detecteren van deze helderheidsdalingen, bekend als de transitmethode, is een van de belangrijkste strategieën die wetenschappers gebruiken om exoplaneten te identificeren via grond- en ruimtetelescopen.

Astronomen hebben op basis van die gegevens uit 2020 de omlooptijden van twee planeten rond de ster bepaald. Twee jaar later observeerde TESS de ster opnieuw, en bewijsmateriaal suggereerde verschillende omlooptijden voor die planeten.

Toen de datasets niet verzameld waren, besloten astronoom en hoofdonderzoeksauteur Raphael Luc en enkele collega’s om nog eens naar de ster te kijken met behulp van een andere satelliet: een satelliet. Karakterisering van exoplaneten-satelliet door het European Space AgencyOf Khufu. Terwijl TESS wordt gebruikt om delen van de nachtelijke hemel te observeren voor korte observatiedoeleinden, wordt Khufu gebruikt om één ster tegelijk te observeren.

“We gingen op zoek naar signalen tussen alle mogelijke tijdsperioden die deze planeten konden doorlopen”, zegt Luckey, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Astronomie en Astrofysica van de Universiteit van Chicago.

Hij zei dat de door Khufu verzamelde gegevens het team hielpen bij het oplossen van het ‘detectiveverhaal’ geïnitieerd door TESS. Khufu was in staat de aanwezigheid van een derde planeet in het systeem vast te stellen, wat doorslaggevend was bij het bevestigen van de omlooptijden van de andere twee planeten, evenals hun ritmische resonantie.

Terwijl het team de rest van de onverklaarde TESS-gegevens matchte met de waarnemingen van Cheops, ontdekten ze de andere drie planeten die rond de ster draaiden. Vervolgoperaties met telescopen op de grond bevestigden het bestaan ​​van de planeten.

Khufu’s toegewezen tijd voor het observeren van de ster hielp astronomen om gemengde signalen uit de TESS-gegevens te verwijderen om te bepalen hoeveel planeten voor de ster langs trokken en wat de echo’s van hun banen waren.

“Khufu gaf ons deze resonante formatie die ons in staat stelde alle andere perioden te voorspellen. Zonder deze openbaring van Khufu zou het onmogelijk zijn geweest”, zei Loki.

De dichtstbijzijnde planeet heeft iets meer dan negen aardse dagen nodig om zijn baan rond de ster te voltooien, en de verste planeet heeft ongeveer 55 dagen nodig. Alle planeten hebben snellere banen rond hun ster dan Mercurius, die 88 dagen nodig heeft om één baan rond de zon te voltooien.

Gezien hoe dicht ze bij HD110067 staan, hebben de planeten waarschijnlijk gemiddelde extreme temperaturen die vergelijkbaar zijn met die van Mercurius en Venus, variërend tussen 332°F en 980°F (167°C en 527°C).

De vorming van planetenstelsels, zoals ons zonnestelsel, kan een gewelddadig proces zijn. Hoewel astronomen geloven dat planeten zich aanvankelijk in resonantie rondom sterren vormen, kan de zwaartekrachtsinvloed van massieve planeten, hun botsing met een passerende ster of een botsing met een ander hemellichaam het harmonische evenwicht verstoren.

De meeste planetaire systemen zijn niet in resonantie, en die met meerdere planeten die hun initiële ritmische banen hebben behouden zijn zeldzaam, zei Luckey. Daarom willen astronomen HD110067 en zijn planeten in detail bestuderen als een ‘zeldzaam fossiel’.

“Wij geloven dat slechts ongeveer één procent van alle systemen in resonantie blijft”, zei Luckey in een verklaring. “Het toont ons de oorspronkelijke vorming van een ongerept planetenstelsel.”

Deze ontdekking is de tweede keer dat Khufu heeft geholpen bij het detecteren van een planetenstelsel met orbitale resonantie. De eerste, bekend als TOI-178 aangekondigd in 2021.

“In de woorden van ons wetenschapsteam: Khufu doet opmerkelijke ontdekkingen gewoon lijken”, zei Maximilian Günther, ESA’s Khufu-projectwetenschapper, in een verklaring: “Van de drie bekende resonantiesystemen met zes planeten is dit nu de tweede die is gevonden.” Khufu, en in slechts drie jaar van operaties.

Het systeem zou ook kunnen worden gebruikt om te bestuderen hoe sub-Neptuniaanse planeten ontstaan, aldus de auteurs van het onderzoek.

Hoewel sub-Neptuniaanse planeten veel voorkomen in de Melkweg, worden ze niet aangetroffen in ons zonnestelsel. Er bestaat weinig overeenstemming onder astronomen over hoe deze planeten zijn ontstaan ​​en waaruit ze zijn gemaakt, dus een heel systeem bestaande uit sub-Neptuniaanse planeten zou wetenschappers kunnen helpen meer over hun oorsprong te bepalen, zei Luckey.

Er zijn veel exoplaneten gevonden in een baan om dwergsterren die veel koeler en kleiner zijn dan onze zon, net als onze planeet Het beroemde TRAPPIST-1-systeem en zijn zeven planetenHet werd aangekondigd in 2017. Hoewel het TRAPPIST-1-systeem ook een resonantiesnaar bevat, maakt de zwakte van de gastster observaties moeilijk.

Maar HD110067, die een massa heeft van 80% van die van onze zon, is de helderste bekende ster en heeft meer dan vier planeten in zijn baan, dus het observeren van het systeem is veel eenvoudiger.

De eerste detecties van planetaire massa wijzen erop dat sommige ervan een gezwollen, waterstofrijke atmosfeer hebben, waardoor ze ideale studiedoelen zijn voor de James Webb Ruimtetelescoop. Terwijl sterlicht door planetaire atmosferen gaat, kan Webb worden gebruikt om de samenstelling van elke wereld te bepalen.

“De sub-Neptuniaanse planeten in het HD110067-systeem lijken een lage massa te hebben, wat erop wijst dat ze rijk kunnen zijn aan gas of water. Toekomstige waarnemingen, bijvoorbeeld met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop, kunnen deze planetaire atmosferen bepalen of planeten een rotsachtige atmosfeer hebben.” of waterrijke interieurs.