Exoplaneter i rytmisk dans utmanar teorier för planetbildning

​Med hjälp av en kombination av teleskop har astronomer avslöjat ett system med sex exoplaneter, varav fem är låsta i "rytmisk dans" kring sin moderstjärna. Forskarna tror att systemet kan ge viktiga ledtrådar till hur planeter, inklusive de i vårt eget solsystem, bildas och utvecklas.
Det svenska forskningsbidraget i denna studie har varit betydande, med deltagande av bland andra Malcolm Fridlund och Carina Persson vid Chalmers tekniska högskola.

Första gången som forskarlaget observerade TOI-178, en stjärna på 200 ljusårs avstånd i Bildhuggarens stjärnbild, trodde de att de hade upptäckt två planeter som kretsade i samma bana. Men en närmare titt på datan avslöjade något helt annat. 

– Genom ytterligare observationer insåg vi att det inte var fråga om två planeter på samma avstånd från stjärnan, utan ett flertal planeter ordnade på ett mycket speciellt sätt, säger Adrien Leleu från Genèves universitet och Berns universitet i Schweiz, som ledde studien av exoplanetsystemet som publiceras 25 januari 2021 i tidskriften Astronomy & Astrophysics. 

Systemet visade sig bestå av sex exoplaneter där alla utom den innersta är låsta i en rytmisk dans i sin rörelse kring moderstjärnan, en så kallad resonans. Det innebär att deras rörelsemönster upprepar sig med regelbundna intervall. 

De fem yttre exoplaneterna i TOI-178-systemet är länkade i en komplex resonanskedja, en av de längsta som hittills upptäckts i något planetsystem. De fem yttre planeterna detta system följer en 18:9:6:4:3-resonans. När den innersta av dessa planeter (den andra från stjärnan) fullbordar 18 varv, gör nästa (den tredje från stjärnan) 9 varv och så vidare. Faktum är att astronomerna först bara kunde se fem planeter i hela systemet, men då de insåg att de var bundna i resonans med varandra kunde de dra slutsatsen att det måste finnas ytterligare en planet. Denna upptäcktes också när astronomerna observerade vid nästa tillfälle, eftersom de visste var i sin bana den skulle befinna sig.

Planetbanorna avslöjar något viktigt om systemets historia 

– Banorna i detta system är exceptionellt välordnade, vilket innebär att det måste ha utvecklats i frånvaro av störningar sedan det bildades, förklarar medförfattaren Yann Albert vid Berns universitet. Om systemet hade störts kraftigt efter bildningen skulle denna mycket bräckliga ordning inte ha överlevt.

Även om ingen av de sex exoplaneterna befinner sig i den beboeliga zonen kring stjärnan tror forskarna att de kan hitta ytterligare planeter i, eller nära, denna zon. ESO:s Extremely Large Telescope (ELT), som står klart om några år, kommer att kunna direktavbilda steniga exoplaneter i den beboeliga zonen kring andra stjärnor, vilket kommer att ge möjlighet att lära känna system som TOI-178 betydligt bättre.

Carina Persson på Chalmers ledde arbetet med att bestämma stjärnans egenskaper från spektroskopiska observationer, ett kritiskt steg för att nå kunskap om dess system med exoplaneter. 

– För stjärnanalysen använde vi data från ESPRESSO, ett av de nya instrumenten med hög spektral upplösning på ESO:s teleskop Very Large Telescope. Stjärnanalysen var något av en utmaning eftersom stjärnan är mycket mindre och svalare än solen, säger Carina Persson. 

Genom en kombination av olika tekniker kunde astronomerna samla information om systemet, vars planeter samtliga kretsar mycket närmare sin moderstjärna än vårt solsystems innersta planet Merkurius. Den innersta exoplanetens omloppstid är endast 2 dygn, medan den yttersta gör ett varv på cirka 21 dygn. 

– För att en planet ska befinna sig i den beboeliga zonen där flytande vatten kan finnas på ytan, måste omloppstiden i detta system vara minst 40 dagar. Att planeterna runt TOI-178 har banor så extremt nära sin stjärna innebär att eventuellt vatten på deras ytor kokar bort, trots att stjärnan är svalare än solen, säger Carina.

Texten bygger på ett pressmeddelande från ESO, European Southern Observatory: Exoplanetsystem med sex planeter i rytmisk dans utmanar teorierna för planetbildning​

Sidansvarig Publicerad: on 27 jan 2021.