Учени откриха шест идеално синхронизирани извънземни свята

В една планетарна система, сравнително недалеч от Слънчевата система, има шест свята, които обикалят около звездата си в красива, съвършена хармония.

Всяка от шестте екзопланети, обикалящи около ярката звезда HD 110067, има орбита в синхрон със съседните екзопланети, което води до рядко явление, известно като верижен резонанс. Това подсказва, че системата съществува сравнително необезпокоявана от формирането си преди над един милиард години – едно изключително скрито бижу в Млечния път.

„Смятаме, че само около един процент от всички системи остават в резонанс“, казва астрофизикът Рафаел Луке от Чикагския университет. „Това ни показва девствената конфигурация на планетарна система, която е оцеляла непокътната“.

Орбиталните резонанси не са нито необичайни, нито неочаквани. Те възникват, когато две тела, обикалящи около трето тяло, си оказват гравитационно влияние едно на друго по такъв начин, че орбиталните им периоди се изравняват. Не е точно 1:1, само че това е много рядко срещано явление, но може да се изрази и като съотношение.

Така например Плутон и Нептун са в резонанс помежду си: Плутон завършва 2 обиколки около Слънцето на всеки 3 обиколки на Нептун; това е резонанс 2:3. И някои от луните на Юпитер са в резонансна верига. На всяка 1 обиколка на Ганимед Европа завършва 2, а Йо – 4 обиколки, т.е. веригата е 1:2:4, известна още като резонансът на Лаплас.

Но шест екзопланетни тела в резонансна верига? Това е нещо наистина специално и невероятно.

Откритието е направено в орбита около оранжева звезда джудже на около 100 светлинни години от нас в северното съзвездие Coma Berenices. Там през 2020 г. телескопът TESS на НАСА за търсене на екзопланети забеляза признаци на две планети, които обикалят около нея. Едната изглеждаше с период от 5,642 дни, но орбиталният период на другата тогава остана неизвестен.

Когато две години по-късно TESS отново посети системата, данните станаха твърде смущаващи. Затова Луке и колегите му използваха космическия телескоп на Европейската космическа агенция „Хеопс“ за изучаване на екзопланети, за да го разгледат по-отблизо. Те разбраха, че изведеният преди това орбитален период е бил неправилен и че данните показват повече от две екзопланети. Всъщност те успяха да открият три – и те, както установиха, се намират в резонансна верига.

След това всичко останало си дойде на мястото.

„Хеопс ни даде тази резонансна конфигурация, която ни даде възможност да определим всички останали периоди“, казва Луке. „Без тази находка от Хеопс това щеше да е невъзможно“.

Като цяло са открити шест екзопланети с радиус от 1,94 до 2,85 пъти по-голям от този на Земята – категория светове, известни като мини-Нептуни. Техните орбитални периоди са, започвайки от най-вътрешните, 9,11 дни, 13,67 дни, 20,52 дни, 30,79 дни, 41,06 дни и 54,77 дни. Това означава, че двойките екзопланети са в резонанс 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 и 4:3, като най-вътрешният свят в системата HD 110067 прави шест обиколки за всяка една обиколка на най-външния.

Това прави системата едва третата известна с шест екзопланети във верижен резонанс.

Тази анимация показва шест поднептунови екзопланети, които ритмично обикалят около своята звезда, като всяка планета преминава през линия, прокарана през системата. Тази линия е мястото, където планетите преминават пред своята звезда („транзит“) от гледна точка на Земята. При тези резонансни ритми най-вътрешната планета прави по три завъртания на всеки две завъртания на следващата планета. Сред най-отдалечените планети моделът на четири обиколки за всеки три обиколки на следващата планета се повтаря два пъти. Анимацията е дело на д-р Хю Осбърн, Бернски университет.

Счита се, че звездата се е формирала преди повече от един милиард години; фактът, че планетите ѝ са в такава красива хармония, предполага, че тя не е била засегната от влияния като миграция на планети, гигантски удар или дори преминаваща звезда. Смята се например, че някои от планетите в Слънчевата система са мигрирали в миналото.

Много е лесно да се наруши резонансът. Астрономите са идентифицирали редица системи, чиито орбитални периоди са близки до резонанса, но истинските резонансни вериги са малко. Следователно системата HD 110067 е рядко съкровище и представлява чудесна възможност да научим повече за това завладяващо явление.

„Настоящата деликатна конфигурация на планетарните орбити в HD 110067 изключва каквото и да е насилствено събитие през милиардната история на системата, което я прави рядка „вкаменелост“ за изучаване на механизмите на миграция и свойствата на нейния протопланетарен диск в девствена среда“, пишат изследователите в своята статия.

„Комбинацията от яркост на звездата-домакин и предполагаемото наличие на обширни атмосфери в повечето от нейните планети прави HD 110067 най-благоприятната многопланетна поднептунова система, която е наблюдавана с помощта на трансмисионна спектроскопия с космическия телескоп Джеймс Уеб. HD 110067 дава възможност да се придобие представа за природата на поднептуновите планети и за това къде, как и при какви условия се образуват и оцеляват резонансни вериги“.

Орбитално резонансните системи са изключително важни за изследване, тъй като разкриват пред астрономите формирането и последващата еволюция на дадена планетарна система. Планетите около звездите са склонни да се формират в резонанс, който може лесно да бъде нарушен.