Найдена планетная система с почти совершенной орбитальной «гармонией»

К настоящему времени астрономы обнаружили сотни планетных систем, разбросанных по всей галактике. Каждая из них уникальна, но систему, вращающуюся вокруг звезды HD 158259 в 88 световых годах от нас, можно назвать особенно необычной.

Масса HD 158259 сопоставима с солнечной и немного больше Солнца в диаметре. Самая близкая к звезде планета — суперземля с массой примерно вдвое больше земной и с радиусом 1,2 земного. Остальные небесные тела тяжелее Земли примерно вшестеро и относятся к классу мининептунов.

После семилетнего наблюдения за системой астрономы обнаружили, что все шесть планет вращаются вокруг своей звезды в почти идеальном орбитальном резонансе. Это открытие может помочь нам лучше понять механизмы формирования планетных систем и то, как они оказываются в конфигурациях, которые мы видим.

Орбитальный резонанс в небесной механике — это явление, когда орбиты двух тел вокруг родительского тела тесно связаны, так как оба объекта оказывают гравитационное воздействие друг на друга. Так, в Солнечной системе в орбитальном резонансе 3:2 находятся Нептун и Плутон. Это означает, что на каждые два круга, которые Плутон делает вокруг Солнца, Нептун делает два. Напоминает музыкальные такты, исполняемые одновременно, но с разными временными сигнатурами — два удара для первого и три для второго.

https://t.co/K1nYvT6SOt Scientists discover six-planet system moving almost in rhythm. The planets are said to be in almost 3:2 resonance. This means that for every three orbits of the innermost planet, the second innermost one completes two orbits. And for every three orbits o… pic.twitter.com/lVd7NVkXAf

— Science news (@UpdateonScience) April 18, 2020

Исследователи обнаружили, что в системе HD 158259 все планеты максимально близки к орбитальному резонансу 3:2, что можно также описать как соотношение периодов — 1,5. Используя измерения, выполненные с использованием спектрографа SOPHIE и космического телескопа TESS, международная группа исследователей во главе с астрономом Натаном Харой из Женевского университета в Швейцарии смогла точно рассчитать орбиты каждой планеты.

Все они расположены компактно: даже самая внешняя из шести экзопланет системы находится в 2,6 раза ближе к светилу, чем Меркурий к Солнцу. Полный оборот вокруг HD 158259 эти планеты делают за 2,7, 3,4, 5,2, 7,9, 12 и 17,4 земных суток, соответственно.

Следовательно, соотношения периодов для каждой пары планет равны 1,57; 1,51; 1,53; 1,51 и 1,44. Это не совсем идеальный резонанс, но он достаточно близок к тому, чтобы классифицировать HD 158259 как экстраординарную систему.

Считается, что планеты, находящиеся в резонансе, образуются на сравнительно большом расстоянии от звезды. Вероятно, система HD 158259 когда-то была такой же, но позднее стала компактной.

«Известно несколько компактных систем с несколькими планетами в резонансах или рядом с ними, например, TRAPPIST-1 или Kepler-80. Считается, что такие системы формируются далеко от звезды, прежде чем мигрировать к ней. В этом сценарии резонансы играют решающую роль», — астроном Стефан Удри из Женевского университета.

Всё потому, что эти резонансы, как считается, возникают, когда протопланеты (планетарные эмбрионы) в протопланетном диске растут и мигрируют внутрь, в сторону от внешнего края диска. Это создает цепочку орбитального резонанса по всей системе. Затем, когда остающийся газ диска рассеется, это может дестабилизировать орбитальные резонансы, как в примере с HD 158259. Эти крошечные различия в орбитальных резонансах могут рассказать нам больше о том, как происходит такая дестабилизация.

«Текущее отклонение соотношений периодов от 3:2 содержит огромное количество информации. С этими значениями, с одной стороны, и моделями приливных эффектов, с другой стороны, мы могли бы выяснить внутреннюю структуру планет в будущих исследованиях. Таким образом, текущее состояние системы открывает нам окно во времена ее формирования», — Натан Хара.
Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.