Uluslararası bir gökbilimci ekibi, HD110067 yıldızının etrafında benzersiz bir harmonik rezonansta dönen altı gezegenden oluşan bir sistemi keşfetmek için CHEOPS ve TESS uydularını kullandı. 3:2 ve 4:3 rezonans zincirini içeren bu nadir bulgunun şifresini çözmek başlangıçta zordu ama sonunda çözüldü ve gezegenlerin kesin yörünge dönemleri ortaya çıktı.
CHEOPS’u kullanan gökbilimciler arasında uluslararası bir işbirliği ve TESS NCCR PlanetS üyeleri de dahil olmak üzere uzay uyduları Bern Üniversitesi ve Cenevre Üniversitesi, parlak bir yıldızın etrafında uyumlu bir ritimle dönen altı geçiş gezegeninden oluşan yeni ve önemli bir sistem buldular. Bu nadir özellik, ekibin başlangıçta çözülemez bir bilmece gibi görünen gezegen yörüngelerini belirlemesine olanak sağladı.
İşbirliği ve Metodoloji
CHEOPS, Cenevre Üniversitesi ile işbirliği içinde Bern Üniversitesi liderliğinde ESA ve İsviçre’nin ortak bir misyonudur. Verilerle çalışan bilim adamlarıyla yapılan işbirliği sayesinde NASAUluslararası ekip, TESS uydusunu kullanarak yakındaki yıldız HD110067’nin yörüngesindeki gezegen sistemini ortaya çıkarmayı başardı. Bu sistemin en belirgin özelliği rezonans zinciridir: Gezegenler, ev sahibi yıldızlarının etrafında mükemmel bir uyum içinde dönerler. Araştırma ekibinin bir kısmı, aynı zamanda Ulusal Araştırma Yeterlilik Merkezi (NCCR) PlanetS üyesi olan Bern Üniversitesi ve Cenevre Üniversitesi’nden araştırmacılardan oluşuyor. Bulgular yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa.
HD110067 sistemindeki gezegenler yıldızın etrafında çok hassas bir valsle dönüyor. Yıldıza en yakın gezegen kendi etrafında üç tam tur atarken, ikincisi aynı anda tam iki tur atar. Buna 3:2 rezonans denir.
“Güneşimiz dışındaki yıldızların yörüngesinde keşfedilen 5.000’den fazla ötegezegen arasında rezonanslar nadir değildir ve birden fazla gezegenden oluşan sistemler de nadir değildir. Ancak son derece nadir görülen şey, rezonansların altı gezegenden oluşan bu kadar uzun bir zinciri kapsadığı sistemleri bulmaktır” diye belirtiyor, Bern Üniversitesi CHEOPS üyesi, araştırmaya katılan CHEOPS gözlem programının lideri Dr. Hugh Osborn. yayının yazarı.
Bu tam olarak gezegenleri ardışık 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 ve 4:3 rezonans çiftlerinde “rezonans zinciri” oluşturan ve en yakın gezegenin tamamlanmasıyla sonuçlanan HD110067’nin durumudur. altı yörüngede dönerken, en dıştaki gezegen bir tane yapar.
Yeni keşfedilen altı gezegenin rezonans içinde yıldızlarının etrafında dönen bir sanatçının çizimi. Kredi bilgileri: Roger Thibaut (NCCR PlanetS)
Görünüşte Çözülemez Bir Bulmaca
Geçişleri sayesinde başlangıçta birden fazla gezegen tespit edilmiş olsa da, gezegenlerin kesin düzeni ilk başta belirsizdi. Ancak hassas yerçekimsel dans, bilim adamlarının ekibinin HD110067 bulmacasını çözmesini sağladı. Yörünge rezonanslarını analiz etmekten sorumlu ve çalışmanın ortak yazarı Cenevre Üniversitesi’nden Prof. Adrien Leleu şöyle açıklıyor: “Bizim bakış açımıza göre bir gezegen, ev sahibi yıldızının önünden geçtiğinde bir geçiş meydana gelir, yıldız ışığının çok küçük bir kısmını bloke ederek parlaklığında belirgin bir düşüşe neden oluyor.”
NASA’nın TESS uydusu tarafından gerçekleştirilen ilk gözlemlerden ‘b’ ve ‘c’ olarak adlandırılan iki iç gezegenin sırasıyla 9 ve 14 günlük yörünge periyotlarına sahip olduğu tespit edilebildi. Bununla birlikte, tespit edilen diğer dört gezegen için, verilerde 2 yıllık büyük bir boşlukla ikisinin 2020’de ve 2022’de bir kez geçiş yaptığı ve diğer ikisinin ise 2022’de yalnızca bir kez geçiş yaptığı görüldüğünden herhangi bir sonuca varılamadı.
Bu dört ek gezegenle ilgili bulmacanın çözümü, CHEOPS uzay teleskobuyla yapılan gözlemler sayesinde nihayet ortaya çıkmaya başladı. TESS kısa dönemli dış gezegenleri bulmak için tüm gökyüzünü parça parça taramayı hedeflerken, CHEOPS mükemmel bir hassasiyetle her seferinde tek bir yıldıza odaklanan hedefe yönelik bir görevdir. “CHEOPS gözlemlerimiz ‘d’ gezegeninin periyodunun 20,5 gün olduğunu bulmamızı sağladı. Ayrıca, geri kalan üç dış gezegen olan ‘e’, ’f’ ve ‘g’ için birden fazla olasılığı da dışladı” diye açıklıyor Osborn.
Sanatçının CHEOPS izlenimi. Katkıda bulunanlar: © ESA / ATG medialab
Gezegenlerin Hassas Valsini Tahmin Etmek
İşte o zaman ekip, HD110067’nin üç iç gezegeninin kesin bir 3:2, 3:2 rezonans zincirinde dans ettiğini fark etti: en içteki gezegen yıldızın etrafında dokuz kez döndüğünde, ikincisi altı kez ve üçüncü gezegen dört kez dönüyor. zamanlar.
Ekip daha sonra diğer üç gezegenin de rezonans zincirinin parçası olabileceği ihtimalini değerlendirdi. Leleu şöyle açıklıyor: “Bu, yörünge dönemleri için düzinelerce olasılığa yol açtı, ancak TESS ve CHEOPS’tan elde edilen mevcut gözlemsel verileri gezegenler arasındaki yerçekimsel etkileşim modelimizle birleştirerek, biri hariç tüm çözümleri hariç tutabiliriz: 3:2 , 3:2, 3:2, 4:3, 4:3 zincir.” Bilim adamları bu nedenle dıştaki üç gezegenin (‘e’, ‘f’ ve ‘g’) 31, 41 günlük ve 55 günlük yörünge periyotlarına sahip olduğunu tahmin edebildiler.
Bu tahmin, çeşitli yer tabanlı teleskoplarla gözlemlerin planlanmasına olanak sağladı. ‘f’ gezegeninin başka geçişleri de gözlemlendi ve bu, onun tam olarak teorinin rezonans zincirine dayalı olarak öngördüğü yerde olduğunu ortaya çıkardı. Son olarak, TESS’ten elde edilen verilerin yeniden analizi, ‘f’ ve ‘g’ gezegenlerinin her birinden, tam olarak tahminlerin beklediği zamanlarda iki gizli geçişi ortaya çıkardı ve altı gezegenin dönemlerini doğruladı. Her gezegene ve özellikle ‘e’ gezegenine ilişkin ek CHEOPS gözlemlerinin yakın gelecekte yapılması planlanıyor.
NASA’nın Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusunun (TESS) çizimi. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Gelecek İçin Anahtar Sistem
Şu ana kadar bulunan bir avuç rezonans zinciri sisteminden CHEOPS, yalnızca HD110067’nin değil aynı zamanda TOI-178’in anlaşılmasına da büyük katkı sağladı. Rezonans zinciri sisteminin iyi bilinen bir diğer örneği, yedi kayalık gezegene ev sahipliği yapan TRAPPIST-1 sistemidir. Ancak TRAPPIST-1 küçük ve inanılmaz derecede sönük bir yıldızdır, bu da ek gözlemleri çok zorlaştırır. HD110067 ise TRAPPIST-1’den 50 kat daha parlaktır.
“HD110067 sistemindeki gezegenlerin geçiş yöntemiyle tespit edilmiş olması çok önemli. Yıldızın önünden geçerken, ışık aynı zamanda gezegenlerin atmosferlerinden de süzülmektedir” diyor, CHEOPS verilerini kullanarak gezegenlerin kompozisyonunu hesaplayan ve çalışmanın ortak yazarı Bern Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Jo Ann Egger. Bu özellik gökbilimcilerin atmosferin kimyasal bileşimini ve diğer özelliklerini belirlemesine olanak tanır. Çok fazla ışığa ihtiyaç duyulduğundan, parlak yıldız HD110067 ve onun yörüngesindeki gezegenler, gezegen atmosferlerini karakterize etmeye yönelik daha ileri çalışmalar için ideal bir hedeftir.
“Alt-Neptün HD110067 sisteminin gezegenleri düşük kütlelere sahip gibi görünüyor, bu da onların gaz veya su açısından zengin olabileceğini düşündürüyor. Gelecekteki gözlemler, örneğin James Webb Uzay Teleskobu (JWST), bu gezegen atmosferlerinden gezegenlerin kayalık veya su açısından zengin iç yapılara sahip olup olmadığını belirleyebilir” diye bitiriyor Egger.
Bu keşif hakkında daha fazla bilgi için:
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