6 Gezegenli Rezonans Gizemini Çözmek

Rafael Luque liderliğindeki araştırmacılar, daha küçük ve daha soğuk bir yıldızın etrafında nadir görülen bir yerçekimsel rezonansa sahip altı gezegen keşfetti. Sistemin oluşumundan bu yana istikrarlı olan bu benzersiz düzenleme, NASA’nın TESS ve ESA’nın CHEOPS’undan elde edilen veriler kullanılarak tanımlandı ve gezegensel evrime dair içgörüleri ortaya çıkardı.

Keşif

Altı gezegen, merkezi yıldızlarının yörüngesinde ritmik bir vuruşla dönüyor; bu, gezegen oluşumu ve evrimi hakkında derin bilgiler sunabilecek “senkronize” bir yerçekimsel kilit adımın nadir bir örneği.

Ana unsurlar

Güneşimizden daha küçük ve daha soğuk bir yıldız, gerçekten garip bir gezegen ailesine ev sahipliği yapıyor: altı “Neptün altı” – muhtemelen bizimkinin daha küçük versiyonları Neptün – döngüsel bir ritimde hareket etmek. Bu yörünge valsi kendini o kadar kesin bir şekilde tekrarlıyor ki, kolaylıkla müziğe ayarlanabiliyor.

Bu animasyon, yıldızlarının etrafında ritmik yörüngelerde bulunan altı “Neptün-altı” ötegezegeni gösteriyor; her gezegen sistem boyunca çizilen bir çizgiyi geçerken müzikal bir tonla. Çizgi, Dünya perspektifinden bakıldığında gezegenlerin yıldızlarının önünden geçtiği (“geçiş”) noktadır. “Rezonans” olarak bilinen bu ritimlerde, en içteki gezegen, bir sonraki gezegenin her ikisi için üç yörünge yapar. En dıştaki gezegenler arasında, bir sonraki gezegenin her üçü için dört yörüngeden oluşan bir desen iki kez tekrarlanır. Kredi: Dr. Hugh Osborn, Bern Üniversitesi

Detaylar

Galaksimizde çok gezegenli sistemler yaygın olsa da, “rezonans” olarak bilinen sıkı yerçekimsel oluşumdaki sistemler gökbilimciler tarafından çok daha az gözlemleniyor. Bu durumda, yıldıza en yakın gezegen, bir sonraki gezegenin her ikisi için üç yörünge yapar – buna 3/2 rezonans denir – en yakın dört gezegen arasında tekrarlanan bir modeldir.

En dıştaki gezegenler arasında, bir sonraki gezegenin her üçü için dört yörünge modeli (4/3 rezonans) iki kez tekrarlanır. Ve bu rezonans yörüngeleri çok sağlam: Gezegenler muhtemelen sistemin milyarlarca yıl önce oluşmasından bu yana aynı ritmik dansı gerçekleştiriyor. Bu kadar güvenilir bir istikrar, bu sistemin, bilim adamlarının gezegen oluşumunun ilk günlerinde tipik olarak bekleyebilecekleri şoklara ve sarsıntılara (gezegenler konum için yarışırken parçalanmalar ve çarpışmalar, birleşmeler ve ayrılmalar) maruz kalmadığı anlamına gelir. Bu da bu sistemin nasıl oluştuğuna dair önemli bir şeyler söyleyebilir. Sağlam stabilitesi erkenden kilitlendi; gezegenlerin 3/2 ve 4/3 rezonansları neredeyse oluştukları andakiyle aynıdır. Sistemin nasıl oluştuğuna dair tabloyu daha da netleştirmek için bu gezegenlerin kütlelerinin ve yörüngelerinin daha kesin ölçümlerine ihtiyaç duyulacak.

Eğlenceli gerçekler

Bu sistemin keşfi bir tür dedektif hikayesidir. Bununla ilgili ilk ipuçları geldi NASA‘S TESS (Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusu), gezegenlerin yıldızlarının yüzlerinden geçerken yaptıkları küçük tutulmaları (geçişleri) takip eder. İki yıl arayla ayrı gözlemlerde yapılan TESS ölçümlerinin birleştirilmesi, ev sahibi yıldızın HD 110067 adı verilen çeşitli geçişlerini ortaya çıkardı. Ancak bunların kaç gezegeni temsil ettiğini ayırt etmek veya yörüngelerini belirlemek zordu.

Sonunda gökbilimciler, en yakın gezegen için 9 günlük, bir sonraki gezegen için ise 14 günlük yörünge dönemleriyle (yıllarca) en içteki iki gezegeni seçtiler. CHEOPS’tan alınan veriler yardımıyla bir yılı yaklaşık 20 gün süren üçüncü bir gezegen belirlendi. Avrupa Uzay AjansıExOPlanets Satellite’ı karakterize ediyor.

Daha sonra bilim adamları olağanüstü bir şeyi fark ettiler. Üç gezegenin yörüngeleri, 3/2 rezonansta kilitlenmeleri durumunda beklenecek olanla eşleşiyordu. Sonraki adımlar tamamen matematik ve yerçekimi ile ilgiliydi. Rafael Luque liderliğindeki bilim ekibi Chicago Üniversitesibu tür sistemlerde potansiyel olarak bulunabilecek rezonansların iyi bilinen bir listesi üzerinde çalıştı ve bunları TESS tarafından toplanan geri kalan geçişlerle eşleştirmeye çalıştı.

Eşleşen tek rezonans zinciri, sistemde yaklaşık 31 günlük bir yörüngeye sahip dördüncü bir gezegenin varlığını akla getiriyordu. İki geçiş daha görüldü, ancak bunların yörüngeleri açıklanmadı çünkü bunlar yalnızca tek gözlemlerdi (bir gezegenin yörüngesini belirlemek için birden fazla geçiş gözlemine ihtiyaç vardır). Bilim insanları, tüm sistem genelinde beklenen rezonans zincirine uyan iki ek dış gezegen varsa olası yörüngelerin listesini yeniden gözden geçirdiler. Buldukları en uygun gezegen: 41 günlük yörüngeye sahip beşinci bir gezegen ve 55 günlük bir altıncı gezegen.

Bu noktada bilim ekibi neredeyse çıkmaza girdi. TESS gözlemlerinin, iki dış gezegenin tahmin edilen yörüngelerini doğrulama şansı olan kısmı, işlem sırasında bir kenara bırakılmıştı. Dünya ve Ay’ın gözlem alanına saçtığı aşırı ışık onları kullanılamaz hale getiriyor gibiydi. Ama o kadar hızlı değil. SETI Enstitüsü ve NASA Ames Araştırma Merkezi’nden bilim adamı Joseph Twicken, dağınık ışık problemini fark etti. Kendisi de Ames’ten ve Üniversiteler Uzay Araştırmaları Derneği’nden bilim adamı David Rapetti’nin, dağınık ışık nedeniyle kaybolduğu düşünülen geçiş verilerini kurtarmak için yeni bir bilgisayar kodu üzerinde çalıştığını biliyordu. Twicken’in önerisi üzerine Rapetti, yeni kodunu TESS verilerine uyguladı. Dış gezegenler için iki geçiş buldu; tam olarak Luque liderliğindeki bilim ekibinin tahmin ettiği yerde.

Keşifler

Chicago Üniversitesi’nden Rafael Luque liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, dergide “Parlak yıldız HD 110067’den geçen Neptün altının yankılanan altılısı” keşfi hakkında çevrimiçi bir makale yayınladı. Doğa 29 Kasım’da.

Referans: R. Luque, HP Osborn, A. Leleu, E. Pallé, A. Bonfanti, O. Barragán, TG Wilson, C. Broeg, A. Collier Cameron, M. Lendl, PFL Maxted, Y. Alibert, D. Gandolfi, J.-B. Delisle, MJ Hooton, JA Egger, G. Nowak, M. Lafarga, D. Rapetti, JD Twicken, JC Morales, I. Carleo, J. Orell-Miquel, V. Adibekyan, R. Alonso, A. Alqasim, PJ Amado , DR Anderson, G. Anglada-Escudé, T. Bandy, T. Bárczy, D. Barrado Navascues, SCC Barros, W. Baumjohann, D. Bayliss, JL Bean, M. Beck, T. Beck, W. Benz, N Billot, X. Bonfils, L. Borsato, AW Boyle, A. Brandeker, EM Bryant, J. Cabrera, S. Carrazco-Gaxiola, D. Charbonneau, S. Charnoz, DR Ciardi, WD Cochran, KA Collins, IJM Crossfield , Sz. Csizmadia, PE Cubillos, F. Dai, MB Davies, HJ Deeg, M. Deleuil, A. Deline, L. Delrez, ODS Demangeon, B.-O. Demory, D. Ehrenreich, A. Erikson, E. Esparza-Borges, B. Falk, A. Fortier, L. Fossati, M. Fridlund, A. Fukui, J. Garcia-Mejia, S. Gill, M. Gillon, E. Goffo, Y. Gómez Maqueo Chew, M. Güdel, EW Günther, MN Günther, AP Hatzes, Ch. Helling, KM Hesse, SB Howell, S. Hoyer, K. Ikuta, KG Isaak, JM Jenkins, T. Kagetani, LL Kiss, T. Kodama, J. Korth, KWF Lam, J. Laskar, DW Latham, A. Lecavelier des Etangs, JPD Leon, JH Livingston, D. Magrin, RA Matson, EC Matthews, C. Mordasini, M. Mori, M. Moyano, M. Munari, F. Murgas, N. Narita, V. Nascimbeni, G. Olofsson , HLM Osborne, R. Ottensamer, I. Pagano, H. Parviainen, G. Peter, G. Piotto, D. Pollacco, D. Queloz, SN Quinn, A. Quirrenbach, R. Ragazzoni, N. Rando, F. Ratti , H. Rauer, S. Redfield, I. Ribas, GR Ricker, A. Rudat, L. Sabin, S. Salmon, NC Santos, G. Scandariato, N. Schanche, JE Schlieder, S. Seager, D. Ségransan, A. Shporer, AE Simon, AMS Smith, SG Sousa, M. Stalport, Gy. M. Szabó, N. Thomas, A. Tuson, S. Udry, AM Vanderburg, V. Van Eylen, V. Van Grootel, J. Venturini, I. Walter, NA Walton, N. Watanabe, JN Winn ve T. Zingales 29 Kasım 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06692-3