eso2102hu — Tudományos közlemények

Ritmikus mozgású rejtélyes hatbolygós rendszer állítja kihívás elé a bolygókeletkezési elméleteket

2021. január 25.

Az Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Távcsövének (ESO VLT) adatait is felhasználva csillagászok olyan bolygórendszert fedeztek fel, amelynek hat planétájából öt ritkán megvalósuló összehangolt ütemben járja körbe központi csillagát. A kutatók úgy vélik, a rendszer fontos információkkal szolgálhat a bolygók, köztük a Naprendszer égitestjeinek keletkezéséről és fejlődéséről.

Amikor a kutatócsoport először észlelte a Szobrász (Sculptor) csillagképben megfigyelhető, kb. 200 fényév távolságban lévő TOI-178 katalógusjelű csillagot, azt hitték, hogy két, ugyanazon a pályán keringő bolygót csíptek el. Az alaposabb vizsgálat azonban egészen más helyzetet tárt fel. „A további észlelések alapján felismertük, hogy nem két bolygó kering a csillagtól közel azonos távolságban, hanem több bolygó egy egészen különleges konfigurációban” – mondja Adrien Leleu (Genfi Egyetem, Berni Egyetem, Svájc), az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban ma megjelent, a rendszert bemutató tanulmány vezető szerzője.

Az új kutatás feltárta, hogy a rendszernek hat bolygója van, amelyek a csillaghoz legközelebbi kivételével szigorúan kötött ritmusú rendben járják pályájukat. Szakkifejezéssel élve rezonanciában vannak. Ezt az jelenti, hogy a csillag körüli keringés során bizonyos konfigurációk rendszeresen ismétlődnek, egyes bolygók néhány keringés után újra és újra ugyanabban az irányban látszanak a csillag felől nézve. Hasonló rezonancia figyelhető meg a Jupiter három holdja, az Io, az Europa és a Ganymede esetében is. A három közül a Jupiterhez legközelebbi Io négy, illetve két teljes keringést végez, mialatt a legtávolabbi Ganymede és az Europa egyet-egyet.

A TOI-178 rendszer öt külső bolygója ennél sokkal összetettebb, az exobolygó-rendszerek esetében eddig megfigyelt egyik leghosszabb rezonancialánccal jellemezhető. Míg a három Jupiter-hold 4:2:1 arányú rezonanciában van egymással, a TOI-178 öt külső bolygója a 18:9:6:4:3 lánccal írható le: mialatt a csillagtól számított második bolygó (az első a rezonancialáncban) 18 keringést végez, a harmadik bolygó (a második a rezonancialáncban) 9 keringést, és így tovább. A kutatók először valójában csak öt bolygót azonosítottak a rendszerben, de a rezonáns ritmust követve kiszámították, hogy a pályáján hol lenne egy további bolygó, amikor újra lehetőségük nyílik a rendszer megfigyelésére.

A bolygók rezonáns tánca több égi mechanikai érdekességnél, ugyanis a rendszer múltjáról is hordoz információt. „A rendszerben a pályák nagyon szépen rendezettek, ami arra utal, hogy az a születése óta nagyobb megrázkódtatások nélkül fejlődött” – magyarázza a cikk egyik társszerzője, Yann Alibert (Berni Egyetem). Ha a rendszert korábban nagyobb zavar érte volna, például egy hatalmas becsapódás formájában, a törékeny pályakonfiguráció azt nem élte volna túl.

Rendetlenség a rendben

A pályák ugyan szép rendben követik egymást, de a bolygók sűrűségéről ugyanez már nem mondható el, azok „sokkal rendetlenebbek” – mondja a vizsgálatban szintén részt vevő Nathan Hara (Genfi Egyetem, Svájc). „Úgy tűnik, hogy az egyik bolygó sűrűsége akkora, mint a Földé, a rögtön utána következőé azonban csak fele a Neptunusz sűrűségének, míg az azt követőé annyi, mint a Neptunuszé.” Például a Naprendszerben a bolygók elrendeződése sokkal szebb, a sűrűbb kőzetbolygók a központi csillaghoz közelebb, a kis sűrűségű gázóriások pedig attól távol keringenek.

„A keringés ritmikus harmóniája és a sűrűségek összevisszasága közötti kontraszt komoly kihívást jelent a bolygórendszerek keletkezését és fejlődését magyarázó elméleteink számára” – teszi hozzá Leleu.

Módszerek kombinálása

A rendszer szokatlan felépítésének vizsgálatához a kutatócsoport az Európai Űrügynökség (ESA) CHEOPS űrszondájának adatai mellett felhasználta az ESO VLT távcsőegyüttesén üzemelő ESPRESSO, illetve a szintén az ESO chilei Paranal Obszervatóriumában működő NGTS (Next-Generation Transit Survey) és SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) műszerek által szolgáltatott adatokat is. Mivel az exobolygókat rendkívül nehéz közvetlenül megfigyelni, a csillagászoknak más technikákat kell bevetniük a detektálásukhoz. A két legfontosabb eljárás az ún. tranzitok megfigyelése, illetve a radiális sebességek mérése. Előbbi esetében a központi csillag fényességcsökkenését detektálják, miközben bolygója a Földről nézve elhalad előtte, míg utóbbinál a csillag színképvonalainak periodikus eltolódását mérik, amint keringése közben a bolygó „rángatja” a központi égitestet. A kutatócsoport mindkét módszert használta a rendszer vizsgálata során: a CHEOPS, az NGTS és a SPECULOOS a tranzitokat, az ESPRESSO a radiálissebesség-változásokat mérte.

A két módszer kombinálásával a csillagászoknak sikerült összegyűjteniük a legfontosabb információkat a rendszerről és a bolygóiról, amelyek mindegyike csillagához jóval közelebb kering, mint a Nap–Föld-távolság, és sokkal gyorsabban járja körbe azt, mint bolygónk a csillagunkat. A leggyorsabb (legbelső) bolygó mindössze néhány nap alatt tesz meg egy kört, míg a leglassúbbnak ehhez kb. tízszer annyi időre van szüksége. A hat bolygó mérete nagyjából a Földé és annak háromszorosa között van, míg a tömegeik 1,5 és 8 földtömeg közöttiek. Némelyik a Földnél nagyobb kőzetbolygó, ezek ún. szuperföldek, mások pedig a Naprendszer külső planétáihoz hasonló gázbolygók, de azoknál kisebbek, ezek ún. minineptunuszok.

Bár a hat bolygó egyike sem kering a csillaga lakhatósági zónájában, a kutatók szerint a rezonancialánc folytatásával esetleg találhatnak még a rendszerben további bolygókat, amelyek a zónában vagy annak közvetlen közelében vannak. Az ESO még ebben az évtizedben munkába álló Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) képes lesz közvetlenül is lefényképezni lakhatósági zónákban keringő kőzetbolygókat, sőt még a légkörük jellemzőit is meg tudja majd állapítani, lehetővé téve ezáltal a TOI-178-hoz hasonló rendszerek még részletesebb vizsgálatát.

Korrekció (2021. február 4.): A sajtóközlemény korábbi verziója helytelenül azt állította, hogy a rendszerben található bolygók tömege 1,5 és 30 földtömeg közötti. Valójában a bolygók tömege 1,5 és 8 földtömeg közé esik.

További információ

A kutatás eredményeit részletező szakcikk „Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178” címmel az Astronomy & Astrophysics folyóiratban jelent meg.

A kutatócsoport tagjai: A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Svájc [UNIGE], University of Bern, Svájc [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, Egyesült Királyság [St Andrews]), P. Robutel (IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Franciaország [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Franciaország [AMU]), C. Lovis (UNIGE), E. M. Bryant (Department of Physics, University of Warwick, Egyesült Királyság [Warwick], Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick [CEH]), E. Ducrot (Astrobiology Research Unit, Université de Liège, Belgium [Liège]), J. Cabrera (Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Németország [Institute of Planetary Research, DLR]), J. Acton (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, Egyesült Királyság [Leicester]), V. Adibekyan (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugália [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, Tenerife [IAC], Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife [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, Spanyolország, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, Spanyolország), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, the Netherlands [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Spanyolország), S.C.C Barros (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), W. Baumjohann (Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Ausztria), D. Bayliss (Warwick, CEH), M. Beck (UNIGE), T. Beck (Bern) A. Bekkelien (UNIGE), W. Benz (Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Svájc [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Franciaország), F. Bouchy (UNIGE), V. Bourrier (UNIGE), G. Boué (IMCCE), A. Brandeker (Department of Astronomy, Stockholm University, Svédország), 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, Amerikai Egyesült Államok), M. R. Burleigh (Leicester), Bárczy T. (Admatis Kft., Miskolc, Magyarország), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, Franciaország), B. F. Cooke (Warwick, CEH), C. Corral Van Damme (ESTEC), A. C. M. Correia (CFisUC, Department of Physics, University of Coimbra, Portugália, IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Franciaország), S. Cristiani (INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, Olaszország [INAF Trieste]), M. Damasso (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Olaszország [INAF Torino]), M. B. Davies (Lund Observatory, Dept. of Astronomy and Theoretical Physics, Lund University, Svédország), M. Deluil (AMU), L. Delrez (AMU, Space sciences, Technologies and Astrophysics Research [STAR] Institute, Université de Liège, Belgium, 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, Olaszország), 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, Ausztria [IWF]), M. Fridlund (Leiden Observatory, University of Leiden, Hollandia, Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Svédország [Chalmers]), D. Futyan (UNIGE), D. Gandolfi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Olaszország), A. García Muñoz (Center for Astronomy and Astrophysics, Technical University Berlin, Németország), L. Garcia (Liège), S. Gill (Warwick, CEH), E. Gillen (Astronomy Unit, Queen Mary University of London, Egyesült Királyság, Cavendish Laboratory, Cambridge, Egyesült Királyság [Cavendish Laboratory]), M. Gillon (Liège), M. R. Goad (Leicester), J. I. González Hernández (IAC, ULL), M. Guedel (University of Vienna, Department of Astrophysics, Ausztria), M. N. Günther (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Amerikai Egyesült Államok), 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), Kiss L. (Konkoly Obszervatórium, ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Budapest, Magyarország), M. H. Kristiansen (Brorfelde Observatory, Observator Gyldenkernes, Dánia, DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Dánia), 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, Franciaország), M. Lendil (UNIGE), J. Lillo-Box (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, Madrid, Spanyolország), G. Lo Curto (ESO Vitacura), D. Magrin (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Olaszország [INAF Padova]), C. J. A. P. Martins (IA, CAUP), P. F. L. Maxted (Astrophysics Group, Keele University, Egyesült Királyság), J. McCormac (Warwick), A. Mehner (ESO Vitacura), G. Micela (INAF - Osservatorio Astronomico di Palermo, Olaszország), 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, Olaszország), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugália), G. Olofsson (Department of Astronomy, Stockholm University, Svédország), H. P. Osborn (CSH, Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Amerikai Egyesült Államok), M. Oshagh (IAC, ULL), R. Ottensamer (Department of Astrophysics, University of Vienna, Ausztria), I. Pagano (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Olaszország), 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, Németország), G. Piotto (INAF Padova, Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei", Università degli Studi di Padova, Olaszország), G. Polenta (Space Science Data Center, Roma, Olaszország), D. Pollacco (Warwick), E. Poretti (Fundación G. Galilei – INAF (Telescopio Nazionale Galileo), La Palma, Spanyolország, INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Olaszország), 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, Ausztria), I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), Spanyolország, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spanyolország), N. C. Santos (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), G. Scandariato (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Olaszország), J. Schneider (Paris Observatory, Franciaország), D. Sebastian (School of Physics Astronomy, University of Birmingham, Egyesült Királyság [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), Szabó M. Gy. (ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium, Magyarország, MTA-ELTE Exobolygó Kutatócsoport, Magyarország), 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, Olaszország, INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Olaszország), J. I. Vines (Camino El Observatorio 1515, Santiago, Chile), N. A. Walton (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Egyesült Királyság), 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, Spanyolország).

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célkitűzése hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (VLT), a világ legkorszerűbb, látható hullámhossztartományban üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső, az infravörös hullámhossztartományban működő VISTA és az optikai tartományban érzékeny VLT Égboltfelmérő Távcső. Szintén a Paranalon fogja elhelyezni és üzemeltetni az ESO a Déli Cserenkov Távcsőrendszert (CTAS), a világ legnagyobb és legérzékenyebb gammasugárzás-obszervatóriumát. Az ESO vezető résztvevő az ALMA-együttműködésben, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39 méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Linkek

·      Szakcikk

·      Képek a VLT-ről

·      Kutatóknak: Van érdekes eredménye? Küldje el nekünk!

Kapcsolat

Adrien Leleu
Université de Genève
Geneva, Switzerland
E-mail: Adrien.Leleu@unige.ch

Yann Alibert
University of Bern
Bern, Switzerland
Telefon: +41 31 631 55 47
E-mail: yann.alibert@space.unibe.ch

Nathan Hara
Université de Genève
Geneva, Switzerland
Telefon: +41 22 379 24 14
E-mail: nathan.hara@unige.ch

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso2102 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso2102hu
Név:TOI-178
Típus:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:SPECULOOS, SPECULOOS Southern Observatory, Very Large Telescope
Instruments:ESPRESSO

Képek

An artist’s view of the TOI-178 planetary system
An artist’s view of the TOI-178 planetary system
Csak angol nyelven
A TOI-178 bolygórendszer égi pozíciója a Szobrász csillagképben
A TOI-178 bolygórendszer égi pozíciója a Szobrász csillagképben

Videók

ESOcast 233: Ritmikus mozgású hatbolygós rendszer állítja kihívás elé a bolygókeletkezési elméleteket
ESOcast 233: Ritmikus mozgású hatbolygós rendszer állítja kihívás elé a bolygókeletkezési elméleteket
Művészi animáció a TOI-178 rendszer pályáiról és rezonanciáiról (hanggal!)
Művészi animáció a TOI-178 rendszer pályáiról és rezonanciáiról (hanggal!)
Művészi animáció a hatbolygós rendszerről
Művészi animáció a hatbolygós rendszerről