Астрономія
Астрономія

П’ять екзопланет системи TOI-178 показали ланцюг резонансів орбіт

Дослідники вивчили орбітальну архітектуру системи TOI-178 та визначили, що п’ять з шести її екзопланет формують ланцюг резонансів Лапласа. Їхні орбітальні періоди співвідносяться як 2:4:6:9:12. Стаття готується до публікації у журналі Astronomy & Astrophysics, її препринт доступний на сайті arXiv.org.

Система в уяві художника. ESO, L. Calçada / spaceengine.org

Система в уяві художника. ESO, L. Calçada / spaceengine.org

Що таке резонанс Лапласа?

Коли астрономічні тіла мають періоди обертання, що співвідносяться як натуральні числа, говорять про орбітальний резонанс. Його особливим випадком є резонанс Лапласа — це серія двох послідовних резонансів 1:2, що в результаті утворює співвідношення 1:2:4 між трьома тілами на орбіті. Галілеєві супутники Юпітера Іо, Європа та Ганімед є прикладом такого резонансу. Тобто, поки Іо встигає зробити чотири оберти навколо Юпітера, Європа робить лише два, а Ганімед один.

Резонанси екзопланет можуть вказувати на формування та еволюцію планетарних систем. Такі конфігурації з’являються завдяки процесам у протопланетних дисках, однак не є найпоширенішими орбітальними механізмами.

Що досліджували вчені?

Дослідники проаналізували планети, що обертаються навколо яскравої зірки TOI-178. Вона знаходиться на відстані близько 200 світлових років у сузір’ї Скульптор. Зірка належить до спектрального класу К, її маса становить 0,64 маси Сонця, а радіус складає 65% радіусу нашої зірки. Вік системи оцінили в 7,1 мільярдів років. Раніше було відомо, що навколо зірки обертається три планети. Тепер дослідники підвтердили, що у цій системі їх принаймні шість. Планети належать до суперземель та мінінептунів: їхні радіуси варіюються від 1,152 до 2,87 радіусів Землі. Періоди обертання планет навколо зірки складають від 1,91 дня для найближчої до 20.71 днів для найвіддаленішої планети. Вчені детально вивчили їхні орбіти.

Виявилося, що усі вони, окрім найпершої від зірки планети, перебувають у ланцюгу резонансів Лапласа. Їхні орбітальні періоди співвідносяться як 2:4:6:9:12. Якщо виразити це співвідношення через кількість обертів навколо зірки, отримаємо 18:9:6:4:3. Тобто, поки друга планета від TOI-178 здійснює 18 обертів, наступна робить 9 і так далі.

ESO, L. Calçada / YouTube

Крім того, вчені обчислили густину планет. Виявилося, що співвідношення маси та радіуса у різних планет суттєво відрізняється. Так, що дві найближчі до зірки планети, ймовірно, кам’янисті. Скоріш за все, вони втратили первинні, насичені воднем атмосфери, тоді як усі інші планети, зберегли частину своєї первинної газової оболонки.

Орбітальна конфігурація TOI-178 занадто тендітна, щоб пережити великі удари або навіть значні наближення інших тіл. Раптова зміна періоду однієї з планет менше ніж на 0,1 дня може зробити систему хаотичною, тоді як зміна осі однієї з орбіт може порушити резонансну структуру всього ланцюга.