Lehdistötiedote

Arvoituksellinen aivan erityisessä rytmissä liikkuva kuuden eksoplaneetan järjestelmä haastaa planeettojen syntyteoriat

25. tammikuuta 2021

Tähtitieteilijät ovat löytäneet usean teleskoopin yhteisten havaintojen avulla kuuden eksoplaneetan järjestelmän, joista viiden rata on lukkiutunut harvinaiseen rytmiin keskustähtensä ympärille. Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (VLT) kaukoputki on yksi tutkimuksessa mukana olleista kaukoputkista. Tutkijat uskovat, että järjestelmän tutkimus voi antaa tärkeitä vihjeitä siitä, miten eri planeetat, kuten oman Aurinkokuntamme planeetat, muodostuvat ja kehittyvät.

Tutkimusryhmän havaittua noin 200 valovuoden päässä Sculptorin tähdistössä sijaitsevaa TOI-178:aa ensimmäistä kertaa, he luulivat havainneensa kaksi planeettaa, jotka kiertävät sitä samalla kiertoradalla. Tarkempi tarkastelu paljasti kuitenkin jotain aivan muuta. ”Lisähavaintojen avulla huomasimme, ettei tähteä kiertänytkään kaksi planeettaa suunnilleen samalla etäisyydellä siitä, vaan pikemminkin useita planeettoja aivan erityisessä konfiguraatiossa”, Adrien Leleu Université de Genèvestä ja Bernin yliopistosta Sveitsistä sanoi. Hän johti tänään Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistua järjestelmästä tehtyä uutta tutkimusta.

Uusi tutkimus on paljastanut, että järjestelmässä onkin kuusi eksoplaneetaa, ja kaikki paitsi tähteä lähimpänä oleva, ovat lukkiutuneet rytmiseen tanssiin niiden liikkuessa kiertoradoillaan tähden ympäri. Toisin sanoen ne ovat resonanssissa. Tämä tarkoittaa, että on olemassa keskinäisiä asentoja, jotka toistavat itseään planeettojen kiertäessä tähteä. Jotkin planeetat ovat aina keskenään samassa suunnassa muutamien ratakiertojen jälkeen. Samanlainen resonanssi havaitaan Jupiterin kolmen kuun kiertoradoissa Iossa, Europassa ja Ganymedessä. Io on lähin kolmesta Jupiterin kuusta. Se tekee neljä täyttä kierrosta Jupiterin ympäri jokaista kauimmaisella kiertoradalla olevaa Ganymeden kierrosta kohti, ja kaksi täyttä kierrosta jokaista Europan kierrosta kohti.

TOI-178-järjestelmän viisi ulompaa eksoplaneettaa noudattavat paljon monimutkaisempaa resonanssiketjua, joka on yksi pisimmistä planeettojen järjestelmistä löydetyistä ketjuista. Kolme Jupiterin kuuta ovat 4:2:1 resonanssissa, ja TOI-178-järjestelmän viisi ulompaa planeettaa noudattavat 18:9:6:4:3 ketjua. Siinä tähdestä katsottuna toinen planeetta (ensimmäinen resonanssiketjussa) kiertää 18 kierrosta, ja kolmas planeetta (toinen ketjussa) kiertää 9 kierrosta ja niin edelleen. Itse asiassa tutkijat löysivät aluksi vain viisi planeettaa, mutta tätä resonanssirytmiä seuraamalla he laskivat, missä sen mukaan mahdollinen lisäplaneetta olisi seuraavaksi, kun heillä olisi taas mahdollisuus havaita järjestelmää.

Tämä planeettojen resonanssi ei ole pelkästään outo kuriositeeti, vaan se antaa vihjeitä järjestelmän menneisyydestä. ”Järjestelmän kiertoradat ovat erittäin tarkasti järjestyneet, mikä kertoo, että se on kehittynyt varsin vähän syntymänsä jälkeen”, tutkimuksessa mukana ollut Yann Alibert Bernin yliopistosta sanoi. Jos järjestelmä olisi merkittävästi häiriintynyt aiemmin, esimerkiksi jättimäisen törmäyksen seurauksena, niin tämä kiertoradan hauras konfiguraatio ei olisi siitä selvinnyt.

Epäjärjestystä jaksollisessa järjestelmässä

Vaikka kiertoratojen järjestys onkin tarkka ja hyvin järjestynyt, niin planeettojen tiheydet ovat "paljon enemmän epäjärjestyksessä", tutkimuksessa mukana ollut Nathan Hara Sveitsin Université de Genèvestä sanoi. ”Näyttää siltä, että järjestelmässä planeetta, joka on yhtä tiheä kuin maapallo, on aivan hyvin harvan planeetan vieressä, joka tiheys on vain puolet Neptunuksen tiheydestä. Näitä järjestyksessä seuraa Neptunuksen tiheyksinen planeetta. Tämä ei ole sitä, mitä olemme tottuneet näkemään”. Esimerkiksi meidän Aurinkokunnassamme planeetat ovat hyvin järjestyksessä. Kiviset, tiheämmät planeetat ovat lähempänä keskustähteä ja harvemmat, pienitiheyksiset kaasuplaneetat ovat kauempana.

”Tämä kontrasti kiertoliikkeen rytmisen harmonian ja järjestäytymättömien tiheyksien välillä haastaa varmasti ymmärryksemme planeettajärjestelmien muodostumisesta ja kehityksestä”, Leleu sanoo.

Eri havaintomenetelmien yhdistäminen

Tutkimusryhmä käytti Euroopan avaruusjärjestön CHEOPS-satelliitin datoja ja ESO:n VLT:ssä olevien ESPRESSO- sekä NGTS- ja SPECULOOS-instrumenteista saatua dataa tämän epätavallisen kohteen tutkimiseksi. Nämä instrumentit ovat ESO:n Paranalin observatoriossa Chilessä. Koska eksoplaneettojen suora havaitseminen on äärimmäisen hankalaa, niin tähtitieteilijöiden on sen sijaan käytettävä muita tekniikoita niiden havaitsemiseksi. Tärkeä menetelmä on planeettojen ylikulkujen havainnot, joissa tarkkaillaan keskustähden valoa, joka himmenee eksoplaneetan kulkiessa sen eteen Maasta nähtynä. Toinen tärkeä menetelmä on näkösäteen suunnassa tapahtuvat nopeushavainnot. Siinä tarkkaillaan tähden valon spektriä ja etsitään merkkejä pienistä vaihteluista, joita tapahtuu eksoplaneettojen liikkuessa kiertoradoillaan. Järjestelmän tutkimuksessa tutkimusryhmä käytti molempia menetelmiä. CHEOPS-, NGTS- ja SPECULOOS-instrumentteja käytettiin ylikulkututkimuksessa ja ESPRESSO:n dataa säteisnopeuksien tutkimuksessa.

Yhdistämällä nämä kaksi tekniikkaa tähtitieteilijät pystyivät keräämään keskeistä tietoa järjestelmästä ja sen planeetoista, jotka kiertävät keskustähteään paljon lähempänä ja paljon nopeammin kuin Maa kiertää Aurinkoa. Nopein (sisin planeetta) kiertää tähden ympäri vain parissa päivässä, kun taas hitaimmalta kierros kestää noin kymmenen kertaa kauemmin. Kuuden planeetan koot vaihtelevat noin Maan kokoisesta kolme kertaa Maan kokoiseen, kun taas niiden massat ovat 1,5—8-kertaisia Maahan verrattuna. Osa planeetoista on kivisiä, mutta Maata suurempia. Nämä planeetat tunnetaan yleisesti nimellä supermaat. Toiset ovat kaasuplaneettoja, kuten aurinkokuntamme uloimmat planeetat, mutta nyt havaitut ovat paljon pienempiä. Näitä kutsutaan nimellä minineptunukset.

Vaikka yksikään löydetyistä kuudesta eksoplaneetasta ei ole tähden asuttavalla vyöhykkeellä (habitable zone), tutkijat ovat ehdottaneet, että resonanssiketjua seuraamalla he saattavat löytää lisää planeettoja, joita voisi olla olemassa tällä vyöhykkeellä tai hyvin lähellä sitä. ESO:n Erittäin suuren kaukoputken (ELT) on määrä aloittaa toimintansa tällä vuosikymmenellä, ja se pystyy havaitsemaan suoraan kivisiä eksoplaneettoja tähden asuttavalla vyöhykkeellä ja jopa tutkimaan niiden kaasukehää. Tämä antaa uuden mahdollisuuden tutustua TOI-178:n kaltaisiin järjestelmiin vielä tarkemmin.

Korjaus (4. helmikuuta 2021): Tämän lehdistötiedotteen aikaisemmassa versiossa oli kirjoitettu väärin, että planeettajärjestetelmien massat vaihtelevat välillä 1,5-30 kertaa Maan massaa. Tämä on nyt korjattu muotoon, jossa sanotaan massojen vaihtelevan välillä 1,5-8 Maan massaa.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esiteltiin artikkelissa: “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178”, joka jukaistaan Astronomy & Astrophysics lehdessä.

Tutkimusryhmässä mukana olivat: A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Sveitsi [UNIGE], University of Bern, Switzerland [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, Ranska [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Ranska [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, Belgia [Liège]), J. Cabrera (Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Saksa [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, Portugal [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, Teneriffa [IAC], Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Teneriffa [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, Espanja, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, Espanja), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, Alankomaat [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Espanja), S.C.C Barros (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), W. Baumjohann (Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Itävalta), D. Bayliss (Warwick, CEH), M. Beck (UNIGE), T. Beck (Bern) A. Bekkelien (UNIGE), W. Benz (Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveitsi [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Ranska), F. Bouchy (UNIGE), V. Bourrier (UNIGE), G. Boué (IMCCE), A. Brandeker (Department of Astronomy, Stockholm University, Ruotsi), 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, Unkari), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, Ranska), B. F. Cooke (Warwick, CEH), C. Corral Van Damme (ESTEC), A. C. M. Correia (CFisUC, Department of Physics, University of Coimbra, Portugali, IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Ranska), S. Cristiani (INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, Italia [INAF Trieste]), M. Damasso (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Italia [INAF Torino]), M. B. Davies (Lund Observatory, Dept. of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University, Ruotsi), M. Deluil (AMU), L. Delrez (AMU, Space sciences, Technologies and Astrophysics Research [STAR] Institute, Université de Liège, Belgia, 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, Italia), 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, Itävalta [IWF]), M. Fridlund (Leiden Observatory, University of Leiden, Alankomaat, Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Ruotsi [Chalmers]), D. Futyan (UNIGE), D. Gandolfi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Italia), A. García Muñoz (Center for Astronomy and Astrophysics, Technical University Berlin, Saksa), 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, Itävalta), 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, Unkari), M. H. Kristiansen (Brorfelde Observatory, Observator Gyldenkernes, Tanska, DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Tanska), 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, Ranska), M. Lendil (UNIGE), J. Lillo-Box (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, Madrid, Espanja), G. Lo Curto (ESO Vitacura), D. Magrin (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italia [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, Italia), 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, Italia), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugali), G. Olofsson (Department of Astronomy, Stockholm University, Ruotsi), 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, Itävalta), I. Pagano (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italia), 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, Saksa), G. Piotto (INAF Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei", Università degli Studi di Padova, Italia), G. Polenta (Space Science Data Center, Roma, Italia), D. Pollacco (Warwick), E. Poretti (Fundación G. Galilei – INAF (Telescopio Nazionale Galileo), La Palma, Espanja, INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italia), 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, Itävalta), I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), Espanja, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Espanja), N. C. Santos (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), G. Scandariato (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italia), J. Schneider (Paris Observatory, Ranska), 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, Unkari, MTA-ELTE Exoplanet Research Group, Unkari), 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, Italia, INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), 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, Espanja).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. Paranalilla ESO tulee myös hallinnoimaan ja operoimaan eteläistä Tšerenkov-teleskooppien verkostoa (Cherenkov Telescope Array South), joka on maailman suurin ja herkin gammasäteilyä havainnoiva observatorio. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• VLT:n kuvia
• Tutkija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

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

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso2102.