Eine künstlerische Darstellung des TOI-178-Systems. (ESO/L. Calçada/spaceengine.org) Ein 200 Lichtjahre entferntes Planetensystem wurde in einem seltenen Orbitaltanz gefangen gefunden. Von den sechs Exoplaneten, die einen Stern namens TOI-178 umkreisen, folgen die fünf äußersten rhythmischen Umlaufperioden, wobei jeder mit den Planeten auf beiden Seiten verbunden ist.
Einen solchen Tanz nennt man Resonanzkette und kommt nur selten vor. Aber es kann etwas darüber verraten, wie Planetensysteme entstehen.
Orbitalresonanzen sind keine Seltenheit. Im Grunde bedeuten sie, dass die Umlaufzeiten zweier Körper als Verhältnis beschrieben werden können.
Einige Beispiele finden sich im Sonnensystem. Es gibt Pluto und Neptun – für alle zwei Umlaufbahnen von Pluto um die Sonne umkreist Neptun dreimal; das ist eine 2:3-Resonanz. Und drei Monde Jupiter sind in einer Resonanzkette. Für jede Umlaufbahn von Ganymed umrundet Europa zweimal und Io viermal; das ist eine 1:2:4-Resonanz.
Aber die fünf äußeren Exoplaneten des TOI-178-Systems haben eine der komplexesten Resonanzketten, die je gesehen wurden – 3:4:6:9:18 (wobei der innerste Exoplanet in der Kette 18 Umlaufbahnen für jeweils drei Umlaufbahnen des äußersten abschließt). ).
Laut einem Forscherteam unter der Leitung von Adrien Leleu von der Université de Genève und der Universität Bern in der Schweiz ist diese Komplexität ein Hinweis auf die sieben Milliarden Jahre lange Geschichte des Systems.
„Die Umlaufbahnen in diesem System sind sehr gut geordnet, was uns zeigt, dass sich dieses System seit seiner Geburt recht sanft entwickelt hat.“ sagte der Astronom Yann Alibert der Universität Bern.
Das TOI-178-System ist nicht das einzige mit einer komplexen Resonanzkette. Letztes Jahr gaben Astronomen die Entdeckung eines Systems mit sechs Exoplaneten bekannt. das HD 158259-System , in einer nahezu perfekten Resonanzkette, wobei jedes Planetenpaar einer 2:3-Resonanz nahe kommt.
Der Kepler-80-System hat fünf Exoplaneten in einer Resonanzkette von 4:6:9:12:18. Und das Berühmte TRAPPIST-1-System hat ein Sieben-Exoplaneten-Resonanzkette von 2:3:4:6:9:15:24.
Das TOI-178-System ist jedoch anders. Denn die Anordnung der Exoplaneten im System ist ein Durcheinander, das scheinbar keinen Sinn ergibt.
Hier im Sonnensystem zum Beispiel sind die Planeten alle ordentlich gruppiert, mit den dichteren Gesteinswelten im Inneren, den flauschigen Gasriesen in der Mitte und den Eisriesen außen. Und HD 158259 hat eine felsige Supererde im Inneren, und die fünf äußeren Exoplaneten sind Mini-Neptune. Die Exoplaneten von TRAPPIST-1 sind alle ähnliche Größen und Dichten .
Vergleichen und kontrastieren Sie mit TOI-178:
„Es scheint, dass es einen Planeten mit der gleichen Dichte wie die Erde direkt neben einem sehr flauschigen Planeten mit der halben Dichte von Neptun gibt, gefolgt von einem Planeten mit der Dichte von Neptun.“ erklärte der Astronom Nathan Hara der Universität Genf. „Das ist nicht das, was wir gewohnt sind.“
Darüber hinaus stimmt es überhaupt nicht mit unserem Verständnis von Resonanzsystemen oder unserem Verständnis davon überein, wie Planetensysteme entstehen.
„Das ist nicht das, was wir erwartet hatten, und es ist das erste Mal, dass wir einen solchen Aufbau in einem Planetensystem beobachten.“ sagte Leleu . „In den wenigen Systemen, in denen wir wissen, wo die Planeten in diesem Resonanzrhythmus kreisen, nimmt die Dichte der Planeten allmählich ab, wenn wir uns vom Stern entfernen, und das ist auch das, was wir von der Theorie erwarten.“
Es ist unklar, was genau daraus resultiert, aber die Entdeckung zeigt sicherlich eine Lücke in unserem Wissen auf. Die harmonischen Umlaufbahnen deuten darauf hin, dass das System seit seiner Entstehung nicht wesentlich gestört wurde, da die Exoplaneten Zeit hatten, sich in eine starke Resonanz zu versetzen, da sie eine kumulative Gravitationswirkung aufeinander ausüben.
Eine solche Komplexität ist heikel; Jeder störende Einfluss auf das System könnte die Umlaufbahnen leicht chaotisch machen. Das lässt sich angesichts der scheinbaren Unordnung der Planeten selbst nur schwer lösen. Die Arbeit mit Modellen und Simulationen könnte dabei helfen, herauszufinden, wie ein solches System möglich ist.
Unterdessen glaubt das Team, dass es weiter draußen im System noch mehr Exoplaneten geben könnte, die ebenfalls in der Resonanzkette verbunden sind. Durch die Berechnung der wahrscheinlichen Resonanz könnten Astronomen herausfinden, wo sich diese Exoplaneten im Verhältnis zu den anderen befinden sollten, und nach ihnen suchen. Auch dies könnte einige Hinweise liefern.
Das System ist so eigenartig, dass das Team glaubt, es könnte eines der „Rosetta-Stein“-Systeme für die Erforschung der Planetenentstehung und -entwicklung werden.
„Wir könnten weitere Planeten finden, die sich in der bewohnbaren Zone befinden könnten – wo flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten vorhanden sein könnte –, die außerhalb der Umlaufbahnen der Planeten beginnt, die wir bisher entdeckt haben.“ sagte Leleu .
„Wir wollen auch herausfinden, was mit dem innersten Planeten passiert ist, der nicht in Resonanz mit den anderen steht.“ „Wir vermuten, dass es aufgrund der Gezeitenkräfte aus der Resonanz geraten ist.“
Die Studie soll in erscheinen Astronomie und Astrophysik , und ist verfügbar unter arXiv .