Вчені відкрили шість ідеально синхронізованих інопланетних світів

Планетна система, що знаходиться не так далеко від Сонячної системи, має шість світів, що обертаються навколо своєї зірки в прекрасній, досконалій гармонії.

Кожна з шести екзопланет, що обертаються навколо яскравої зірки HD 110067, має орбіту, яка збігається з орбітами сусідніх екзопланет, що призводить до рідкісного явища, відомого як ланцюговий резонанс. Це свідчить про те, що система існує відносно непорушно з моменту свого утворення понад мільярд років тому – виняткова прихована перлина Чумацького Шляху.

“Ми вважаємо, що лише близько одного відсотка всіх систем залишаються в резонансі, – каже астрофізик Рафаель Луке з Чиказького університету. “Вона показує нам первозданну конфігурацію планетної системи, яка збереглася недоторканою”.

Орбітальні резонанси не є ні рідкісними, ні несподіваними. Вони виникають, коли два тіла, що обертаються навколо третього тіла, здійснюють гравітаційний вплив одне на одного таким чином, що їхні орбітальні періоди вирівнюються. Не зовсім 1:1 – це здається надзвичайно рідкісним – але це можна виразити у вигляді співвідношення.

Наприклад, Плутон і Нептун знаходяться в резонансі один з одним: Плутон робить 2 оберти навколо Сонця за кожні 3 оберти Нептуна; це резонанс 2:3. А деякі супутники Юпітера знаходяться в резонансному ланцюжку. На кожну 1 орбіту Ганімеда Європа завершує 2, а Іо – 4 орбіти, тобто ланцюжок 1:2:4, також відомий як резонанс Лапласа.

Але шість екзопланетних тіл у резонансному ланцюжку? Це щось дійсно особливе.

Відкриття було зроблено на орбіті помаранчевої карликової зірки на відстані близько 100 світлових років у північному сузір’ї Кома Берегині. Там телескоп НАСА TESS для пошуку екзопланет у 2020 році помітив ознаки двох планет, що обертаються на орбіті. Одна з них, схоже, мала період 5,642 дні, але орбітальний період іншої залишався невідомим.

Ілюстрація, що показує геометрію резонансного ланцюжка екзопланет навколо зірки HD 110067. (Thibaut Roger, NCCR Planets)

Коли TESS повернувся до системи через два роки, дані залишалися заплутаними. Тож Луке та його колеги скористалися космічним телескопом Європейського космічного агентства Cheops для вивчення екзопланет, щоб поглянути на неї ближче. Вони зрозуміли, що раніше отриманий орбітальний період був неправильним, і що дані показували більше, ніж дві екзопланети. Насправді вони змогли розрізнити три – і ті, як вони виявили, перебували в резонансному ланцюжку.

Після цього все стало на свої місця.

“Хеопс дав нам цю резонансну конфігурацію, яка дозволила нам передбачити всі інші періоди, – каже Луке. “Без цього виявлення Хеопса це було б неможливо”.

Загалом існує шість екзопланет, радіус яких в 1,94-2,85 рази перевищує радіус Землі, – це категорія світів, відомих як міні-Нептуни. Їхні орбітальні періоди становлять, починаючи з найближчого, 9,11 дня, 13,67 дня, 20,52 дня, 30,79 дня, 41,06 дня і 54,77 дня. Це означає, що пари екзопланет перебувають у резонансах 3:2, 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 і 4:3; внутрішній світ у системі HD 110067 становить шість орбіт на кожну орбіту зовнішнього.

Це робить систему лише третьою відомою системою з шістьма екзопланетами в резонансному ланцюжку.

Вважається, що зоря утворилася понад мільярд років тому; те, що її планети перебувають у такій прекрасній гармонії, свідчить про те, що вона не зазнала таких впливів, як міграція планет, гігантське зіткнення або навіть зіткнення із зіркою, що пролітала повз. Вважається, що деякі планети Сонячної системи, наприклад, мігрували в минулому.

Порушити резонанс дуже легко. Астрономи виявили низку систем, які мають орбітальні періоди, близькі до резонансних, але справжніх резонансних ланцюжків небагато і вони дуже далекі один від одного. Тому система HD 110067 є рідкісним скарбом і дає чудову можливість дізнатися більше про це захоплююче явище.

“Поточна делікатна конфігурація планетних орбіт в HD 110067 виключає будь-які бурхливі події протягом мільярдної історії системи, що робить її рідкісною “скам’янілістю” для вивчення механізмів міграції і властивостей її протопланетного диска в первозданному середовищі”, – пишуть дослідники в своїй роботі.

“Поєднання яскравості головної зірки і передбачуваної наявності розширених атмосфер на більшості планет робить HD 110067 найсприятливішою багатопланетною субнептуновою системою, яку можна спостерігати в спектроскопії пропускання за допомогою космічного телескопа імені Джеймса Вебба. HD 110067 дає шанс отримати уявлення про природу планет навколо Нептуна, а також про те, де, як і за яких умов формуються і виживають резонансні ланцюжки”.