Planety v systému TOI-178 (ilustrace). (Obrázek: ESO / L. Calçada / spaceengine.org)

Astronomové již objevili několik hvězd s mnoha planetami ve vesmíru, ale TOI-178 je něco zvláštního. Kolem hvězdy vzdálené asi 200 světelných let obíhá šest planet, z nichž pět se pohybuje v harmonickém rytmu: Jejich orbitální časy ukazují orbitální rezonanci a tvoří tak jeden z nejdelších známých rezonančních řetězců. Zároveň však mají tyto exoplanety velmi odlišné, neuspořádané hustoty. Díky tomu je tento planetární systém jedinečný a je obtížné jej vysvětlit běžnými modely.

Fyzické rezonance vznikají, když se vibrace navzájem ovlivňují, a tím se navzájem posilují. Co může destruktivně skončit, když zemětřesení zasáhne budovy, vytváří harmonické zvuky v hudbě. Například frekvence harmonických akordů jsou ve vzájemném vztahu celých čísel. Efekty rezonance jsou však známy také v astronomii. Nastávají, když se planety nebo jiná nebeská tělesa v systému navzájem ovlivňují svou gravitací. Výsledkem je orbitální rezonance, při které orbitální časy jejich orbit tvoří jednoduché přestávky. Například v naší sluneční soustavě jsou oběžné dráhy Neptunu a Pluta spojeny v rezonanci 3: 2 a tři Jupiterovy měsíce Io, Europa a Ganymede jsou také v orbitální rezonanci.

Pět planet na oběžné dráze

Nyní však astronomové informují o planetárním systému, který pohání tyto rezonance takříkajíc do extrémů. Protože pět ze šesti planet kolem hvězdy vzdálené 200 světelných let TOI-178 se navzájem pohybuje v rezonanci, jak zjistili Adrien Leleu z univerzity v Bernu a univerzity v Ženevě a jeho kolegové. Ještě před jejich studiem bylo ze snímků z vesmírného dalekohledu TESS NASA známo, že nejméně dvě planety obíhají kolem TOI-178. Leleu a jeho tým podrobněji prozkoumali tento planetární systém pomocí Cheopsova vesmírného dalekohledu Evropské kosmické agentury ESA a pozemských dalekohledů Evropské jižní observatoře v Chile. Na základě světelných křivek přechodů planet před jejich hvězdou a také jemného kymácení, které jejich gravitace v jejich hvězdě způsobuje,Vědcům se nakonec podařilo detekovat šest planet kolem TOI-178.

Analýzy také ukázaly, že pět z těchto planet se navzájem pohybuje v rezonanci. Jejich orbitální časy tvoří jeden z nejdelších rezonančních řetězců známých z planetárních systémů. Pouze nejvnitřnější planeta není zapojena do tohoto harmonického tance planet. Dalších pět sleduje rytmus, ve kterém jsou jejich orbitální časy v poměru 18: 9: 6: 4: 3: Zatímco druhá planeta, jak se jeví z pohledu hvězdy, dělá 18 oběžných drah, její vnější soused dokončí devět oběžných drah. Jeho soused zase udělá šest oběžných drah najednou a tak dále. Tento nepřerušovaný řetězec rezonancí poskytuje také náznaky minulosti systému: „Cesty v tomto systému jsou velmi dobře uspořádané, což nám říká, že tento systém se od svého vzniku vyvíjel velmi jemně“,vysvětluje spoluautor Yann Alibert z univerzity v Bernu. Pokud by byl systém výrazně narušen, například kolizí, tato křehká konfigurace drah by nepřežila.

Divoká směs hustot

S ohledem na tento zdánlivě dlouhotrvající a nerušený řád byly výsledky analýz velikosti a hmotnosti šesti planet o to překvapivější. S jednou až třikrát větší velikostí Země se jejich hmotnost pohybuje mezi 1,5 a 30 hmotami Země. Na rozdíl od očekávání se zdá, že hustoty planet jsou divoce smíšené. "Je to poprvé, co jsme něco takového pozorovali," říká vědecká pracovnice projektu ESA Kate Isaak. "V těch několika systémech, o kterých víme, že s takovou harmonií, hustota planet ustavičně klesá se vzdáleností ke hvězdě." Například v naší sluneční soustavě jsou hustší horninové planety blíže centrální hvězdě a plynné planety s nižší hustotou dále. „V systému TOI-178 se naopak nachází hustá, pozemská planeta jako Země hned vedle velmi načechrané planety s poloviční hustotou Neptunu, následovaná jednou velmi podobnou Neptunu, “řekl Isaac.

Taková chaotická sekvence by mohla vzniknout, kdyby planety během své historie změnily své polohy a oběžné dráhy kvůli kolizím nebo jiné gravitační turbulenci. Nepřerušovaný řetězec rezonance z pěti ze šesti planet TOI-178 však hovoří proti takovému scénáři. „Tento kontrast mezi rytmickou harmonií orbitálního pohybu a neuspořádanými hustotami jistě zpochybňuje naše chápání formování a vývoje planetárních systémů,“ říká Leleu. On a jeho kolegové nyní doufají, že se prostřednictvím dalších pozorování dozví více o tom, jak tento neobvyklý planetární systém vznikl.

zveřejněno 26. ledna 2021

© Wissenschaft.de - Nadja Podbregar

https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/fuenf-planeten-in-harmonischem-tanz/