Forskere opdager et seks-planet system med næsten 3:2 resonans

Næsten synlig for det blotte øje i Draco-stjernebilledet, stjernen HD 158259 er blevet observeret i de sidste syv år af astronomer ved hjælp af SOPHIE-spektrografen. Dette instrument, installeret ved Haute-Provence Observatory i Sydfrankrig, erhvervet 300 målinger af stjernen. Analysen af ​​data udført af et internationalt hold ledet af forskere fra universitetet i Genève (UNIGE), har resulteret i opdagelsen af, at HD 158259 har seks planetariske ledsagere:en "superjord" og fem "mini-Neptuner". Disse planeter viser en usædvanlig regelmæssig afstand, som antyder, hvordan systemet kan være dannet. Dette studie, offentliggjort i tidsskriftet Astronomi og astrofysik , omfatter også TESS-rumteleskopobservationer af stjernen, som afslører tætheden af ​​den inderste planet.

SOPHIE-målingerne af HD 158259 gør det muligt at måle stjernens radiale hastighed med stor præcision - det er dens hastighed af stjernen i retning af sigtelinjen. Det er den samme type måling, som førte til opdagelsen af ​​51 Peg b af 2019-nobelprisvinderne Michel Mayor og Didier Queloz i 1995. Hvad mere er, påvisningen af ​​51 Peg b og af de seks planeter i HD 158259 blev udført ved hjælp af det samme teleskop.

At afsløre et system med så små planeter ville ikke have været muligt tilbage i 1995, heller ikke ved installationen af ​​SOPHIE tilbage i 2006. "Opdagelsen af ​​dette exceptionelle system er blevet muliggjort takket være anskaffelsen af ​​et stort antal målinger, samt en dramatisk forbedring af instrumentet og af vores signalbehandlingsteknikker, " siger François Bouchy, professor ved Institut for Astronomi ved UNIGEs Naturvidenskabelige Fakultet og koordinator for observationsprogrammet. "Dette er fantastisk arbejde og viser den vigtige rolle, mindre teleskoper spiller i at fremme astronomiens fremskridt gennem højkvalitetsforskning ved hjælp af gamle, men velfinansierede observatorier, " tilføjer Paul A. Wilson, forsker ved University of Warwick og medforfatter til undersøgelsen.

SOPHIE-observationer viste, at planeten tættest på HD 158259 og de fem ydre planeter har masser af to og seks gange Jordens, henholdsvis. Systemet har vist sig at være kompakt, i den forstand, at afstanden fra den yderste planet til dens stjerne er 2,6 gange mindre end afstanden mellem Merkur og Solen. Desuden, NASAs TESS-rumteleskop observerede et fald i stjernens lysstyrke, da den inderste planet passerede mellem observatøren og stjernen. "TESS-målingerne understøtter stærkt påvisningen af ​​planeten og giver os mulighed for at estimere dens radius, som bringer meget værdifuld information om planetens indre struktur, siger Isabelle Boisse, forsker ved Marseille Astrophysics Laboratory og medforfatter til undersøgelsen.

Planeter i rytme

Hundredvis af multiplanetariske systemer er kendt, men kun et dusin indeholder seks planeter eller flere. Tilstedeværelsen af ​​seks planeter, der kredser om HD 158259, gør dette system bemærkelsesværdigt, men dens mest interessante egenskab er dens regelmæssighed. Ja, periodeforholdet mellem to efterfølgende planeter er tæt på 3:2. Det betyder, at da den første planet - den der er tættest på stjernen - fuldfører tre kredsløb, den anden fuldender omkring to. Da denne anden planet fuldfører tre kredsløb, den tredje fuldfører omkring to, og så videre.

Denne situation er bedre forstået i den generelle ramme af "resonans, " som spiller en nøglerolle i planetsystemernes arkitektur. Flere planeter siges at være i resonans, når de med jævne mellemrum befinder sig i den samme konfiguration efter at have gennemført et potentielt forskelligt antal baner. "Dette kan sammenlignes med flere musikere, der slår forskellige rytmer, men som slog på samme tid i begyndelsen af ​​hver takt, " siger Nathan C. Hara, forsker ved Institut for Astronomi ved UNIGEs Naturvidenskabelige Fakultet, medlem af PlanetS-instituttet og førsteforfatter af undersøgelsen. Planeter kan også være tæt på resonansen, men ikke lige indenfor. Dette er tilfældet med planeterne i HD 158259.

Udledning af systemets historie

Hvorfor er dette system interessant? Et af målene med studiet af planetsystemer er at forstå deres dannelse. Om dette emne, flere spørgsmål diskuteres stadig. Især:dannes planeterne tæt på deres endelige position i systemet, eller bevæger de sig på tværs af systemet efter de er dannet? Sidstnævnte scenarie, kaldet planetarisk migration, synes at forklare dannelsen af ​​de seks planeter i HD 158259. "Flere kompakte systemer med flere planeter i, eller tæt på resonans er kendt, såsom TRAPPIST-1 eller Kepler-80. Sådanne systemer menes at danne langt fra stjernen, før de migrerer mod den. I dette scenarie, resonanserne spiller en afgørende rolle, siger Stephane Udry, professor ved Institut for Astronomi ved UNIGEs Naturvidenskabelige Fakultet.

I HD 15829's system, når en planet fuldfører tre kredsløb, dens nærmeste ydre nabo fuldender omkring to. "Her, 'om' er vigtigt. Udover allestedsnærværelsen af ​​3:2 periodeforholdet, dette udgør systemets originalitet, " siger Nathan Hara. Planeterne er tæt på resonansen, men ikke lige indenfor. Dette tyder på, at planeterne plejede at være fanget i resonans i fortiden, migrerede synkront, flyttede sig derefter væk fra resonansen. "Desuden, den nuværende afgang af periodeforholdet fra 3:2 indeholder et væld af informationer. Med disse værdier på den ene side, og tidevandseffektmodeller på den anden side, vi kunne begrænse planeternes indre struktur i en fremtidig undersøgelse. Sammenfattende, den nuværende tilstand af systemet giver os et vindue til dets dannelse, " konkluderer Hara.