eso2102nb — Pressemelding

Seksplanetsystem med rytmisk bevegelse utfordrer teorier om planetdannelse

25. januar 2021

Ved hjelp av en kombinasjon av teleskoper, inkludert European Southern Observatorys Very Large Telescope (VLT), har astronomer avslørt et planetsystem som består av seks eksoplaneter, hvorav fem er låst i en sjelden rytme rundt stjernen sin. Forskerne mener systemet kan gi viktige ledetråder om hvordan planeter, inkludert de i solsystemet, dannes og utvikler seg.

Første gang teamet observerte TOI-178, en stjerne rundt 200 lysår unna i stjernebildet Billedhuggeren (Sculptor), trodde de at de hadde sett to planeter som gikk rundt den i samme bane. En nærmere titt avslørte imidlertid noe helt annet. «Gjennom ytterligere observasjoner innså vi at det snarere var flere planeter i en veldig spesiell konfigurasjon», sier Adrien Leleu, fra Université de Genève og Universitetet i Bern i Sveits, som ledet en ny studie av systemet som ble publisert i dag i Astronomy & Astrophysics.

Den nye forskningen har avslørt at systemet har minst seks eksoplaneter, og at alle, bortsett fra den som er nærmest stjernen, er låst i en rytmisk dans når de beveger seg i banene sine. De er med andre ord i resonans. Det betyr at det er mønstre som gjentar seg når planetene går rundt stjernen, hvor noen planeter blir liggende på rekke med noen baneomløps mellomrom. En lignende resonans blir observert i banene til tre av Jupiters måner: Io, Europa og Ganymedes. Io, den månen som er nærmeste Jupiter av de tre, fullfører fire fulle baner rundt Jupiter for hvert baneomløp Ganymedes, som ligger lengst borte, fullfører, og to fulle baneomløp for hver bane Europa fullfører

De fem ytre eksoplanetene til TOI-178-systemet følger en mye mer kompleks resonanskjede, en av de lengste hittil oppdaget i et planetsystem. Mens de tre Jupiter-månene er i en 4:2:1-resonans, følger de fem ytre planetene i TOI-178-systemet en 18:9:6:4:3-kjede. Det betyr at mens den andre planeten fra stjernen (den første i resonanskjede) fullfører 18 baner, vil den tredje planeten (den andre i kjeden) fullføre 9 baner, og så videre. Faktisk fant forskerne i utgangspunktet bare fem planeter i systemet, men ved å følge resonansrytmen beregnet de hvor i en bane en ekstra planet ville være når de fikk en ny mulighet til å observere systemet.

Disse resonante banene er ikke kun en merkverdig kuriositet. Denne dansen av resonante planeter gir ledetråder om systemets fortid. «Banene i dette systemet er veldig ordnet, noe som forteller oss at dette systemet har utviklet seg ganske forsiktig etter at det ble født», forklarer medforfatter Yann Alibert fra Universitetet i Bern. Hvis systemet hadde blitt betydelig forstyrret tidligere i livet, for eksempel av et enorm nedslag, ville denne skjøre konfigurasjonen av baner ikke ha overlevd.

Uorden i det rytmiske systemet

Men selv om banene er ryddige og ordnede, er planetenes tetthet «mye mer uordnet», sier Nathan Hara, fra Université de Genève i Sveits, som også var involvert i studien. «Det ser ut til at det er en planet med tilsvarende tetthet som Jorda like ved en veldig luftig planet med halvparten av tettheten til Neptun, etterfulgt av en planet med tetthet som Neptun. Dette er ikke det vi er vant til.» I vårt solsystem, for eksempel, er planetene pent ordnet: De tette steinplanetene er nærmest sentralstjernen, Sola, og de luftige gassplanetene med lav tetthet er lenger ut.

«Denne kontrasten mellom den rytmiske harmonien i banebevegelsen og den uordnede tettheten utfordrer absolutt vår forståelse av dannelsen og utviklingen av planetariske systemer», sier Leleu.

Kombinasjon av teknikker

For å undersøke systemets uvanlige sammensetning, brukte teamet data fra CHEOPS-satellitten til Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA), sammen med det bakkebaserte ESPRESSO-instrumentet på ESOs VLT, samt NGTS og SPECULOOS, begge ved ESOs Paranal Observatory i Chile. Siden eksoplaneter er ekstremt vanskelige å få øye på direkte med teleskoper, må astronomer i stedet stole på andre teknikker for å oppdage dem. De viktigste metodene som brukes er å avbilde passasjer, som innebærer å observere lyset fra den sentrale stjernen, som dempes når en eksoplanet passerer foran den når den observeres fra Jorden – og radialhastigheter, som går ut på å observere stjernens lysspekter for små tegn på dragninger fra eksoplanetene som beveger seg i banene sine. Teamet brukte begge metodene for å observere systemet: CHEOPS, NGTS og SPECULOOS for passasjer og ESPRESSO for radialhastigheter.

Ved å kombinere de to teknikkene klarte astronomene å samle viktig informasjon om systemet og dets planeter, som kretser rundt deres sentralstjerne mye nærmere og mye raskere enn Jorda kretser rundt Sola. Den raskeste planeten (den innerste) fullfører en bane på bare et par dager, mens den tregeste tar omtrent ti ganger lenger. De seks planetene har størrelser som spenner fra omtrent 1–3 ganger Jordas størrelse, mens massene deres er 1,5–8 ganger Jordas masse. Noen av planetene er steinplaneter, men større enn Jorda – disse planetene kalles superjordkloder. Andre er gassplaneter, som de ytre planetene i vårt solsystem, men de er mye mindre – disse har kallenavnet minineptuner.

Ingen av de seks eksoplanetene som er funnet, ligger i stjernens beboelige sone. Men forskerne antyder at ved å fortsette resonanskjeden, kan de finne flere planeter som kan eksistere i eller veldig nær denne sonen. ESOs Extremely Large Telescope (ELT), som skal begynne å fungere i løpet av dette tiåret, vil være i stand til å direkte avbilde steinete eksoplaneter i en stjernes beboelige sone og til og med karakterisere atmosfærene deres. Det gir en mulighet til å bli kjent med systemer som TOI-178 i mye større detalj.

Korreksjon (4. februar 2021): En tidligere versjon av denne pressemeldingen uttalte feilaktig at massene til planetene i systemet varierte fra 1,5 til 30 ganger Jordas masse. Planetene har masser mellom 1,5 og 8 ganger Jordens masse.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i den vitenskapelige artikkelen «Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178» i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039767).

Teamet består av A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Sveits [UNIGE], University of Bern, Sveits [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, Storbritannia [St Andrews]), P. Robutel (IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Frankrike [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Frankrike [AMU]), C. Lovis (UNIGE), E. M. Bryant (Department of Physics, University of Warwick, Storbritannia [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, Tyskland [Institute of Planetary Research, DLR]), J. Acton (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, Storbritannia [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, 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, Spania, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, Spania), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, Nederland [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Spania), S.C.C Barros (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), W. Baumjohann (Space Research Institute, Østerriken Academy of Sciences, Østerrike), D. Bayliss (Warwick, CEH), M. Beck (UNIGE), T. Beck (Bern) A. Bekkelien (UNIGE), W. Benz (Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveits [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike), F. Bouchy (UNIGE), V. Bourrier (UNIGE), G. Boué (IMCCE), A. Brandeker (Department of Astronomy, Stockholm University, Sverige), 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, Ungarn), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, Frankrike), B. F. Cooke (Warwick, CEH), C. Corral Van Damme (ESTEC), A. C. M. Correia (CFisUC, Department of Physics, University of Coimbra, Portugal, IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Frankrike), 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, Sverige), 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, Østerriken Academy of Sciences, Graz, Østerrike [IWF]), M. Fridlund (Leiden Observatory, University of Leiden, Nederland, Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Sverige [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, Tyskland), L. Garcia (Liège), S. Gill (Warwick, CEH), E. Gillen (Astronomy Unit, Queen Mary University of London, Storbritannia, Cavendish Laboratory, Cambridge, Storbritannia [Cavendish Laboratory]), M. Gillon (Liège), M. R. Goad (Leicester), J. I. González Hernández (IAC, ULL), M. Guedel (University of Vienna, Department of Astrophysics, Østerrike), 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, Ungarn), M. H. Kristiansen (Brorfelde Observatory, Observator Gyldenkernes, Danmark, DTU Space, National Space Institute, Technical University of Danmark, Danmark), 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, Frankrike), M. Lendil (UNIGE), J. Lillo-Box (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),ESAC campus, Madrid, Spania), 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, Storbritannia), 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, Portugal), G. Olofsson (Department of Astronomy, Stockholm University, Sverige), 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, Østerrike), 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, Tyskland), 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, Spania, 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, Østerrike), I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), Spania, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spania), N. C. Santos (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto), G. Scandariato (INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania, Italia), J. Schneider (Paris Observatory, Frankrike), 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, Ungarn, MTA-ELTE Exoplanet Research Group, Ungarn), 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, Spania).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile og med Australia som en strategisk partner. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope og det verdensledende Very Large Telescope Interferometer, samt de to kartleggingsteleskopene VISTA som observerer i infrarødt og VLT Survey Telescope som observerer i synlig lys. ESO er også en viktig partner i to fasiliteter ved Chajnantor, APEX og ALMA, som er nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som ser opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk pressekontakt)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

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

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso2102 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso2102nb
Navn:TOI-178
Type:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:SPECULOOS, SPECULOOS Southern Observatory, Very Large Telescope
Instruments:ESPRESSO
Science data:2021A&A...649A..26L

Bilder

Illustrasjon av planetsystemet TOI-178
Illustrasjon av planetsystemet TOI-178
Posisjonen til planetsystemet TOI-178 i stjernebildet Billedhuggeren
Posisjonen til planetsystemet TOI-178 i stjernebildet Billedhuggeren

Videoer

ESOcast 233 Light: Seksplanetsystem med rytmisk bevegelse utfordrer teorier om planetdannelse
ESOcast 233 Light: Seksplanetsystem med rytmisk bevegelse utfordrer teorier om planetdannelse
Animasjon av banene og resonansene til planetsystemet TOI-178 (med lyd)
Animasjon av banene og resonansene til planetsystemet TOI-178 (med lyd)
Animasjon av planetsysstemet TOI-178
Animasjon av planetsysstemet TOI-178