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    El desconcertante sistema de seis exoplanetas con movimiento rítmico desafía las teorías de cómo se forman los planetas

    La impresión de este artista muestra la vista desde el planeta en el sistema TOI-178 que se encuentra orbitando más lejos de la estrella. Nueva investigación de Adrien Leleu y sus colegas con varios telescopios, incluido el Very Large Telescope de ESO, ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos menos el más cercano a la estrella están bloqueados en un ritmo raro mientras se mueven en sus órbitas. Pero mientras el movimiento orbital en este sistema está en armonía, las propiedades físicas de los planetas son más desordenadas, con variaciones significativas de densidad de un planeta a otro. Este contraste desafía la comprensión de los astrónomos sobre cómo se forman y evolucionan los planetas. La impresión de este artista se basa en los parámetros físicos conocidos de los planetas y la estrella vista. y utiliza una amplia base de datos de objetos en el Universo. Crédito:ESO / L. Calçada / spaceengine.org

    Usando una combinación de telescopios, incluido el Very Large Telescope del European Southern Observatory (VLT de ESO), Los astrónomos han revelado un sistema que consta de seis exoplanetas, cinco de los cuales están encerrados en un ritmo poco común alrededor de su estrella central. Los investigadores creen que el sistema podría proporcionar pistas importantes sobre cómo los planetas, incluidos los del Sistema Solar, formarse y evolucionar.

    La primera vez que el equipo observó TOI-178, una estrella a unos 200 años luz de distancia en la constelación del Escultor, pensaron que habían visto dos planetas girando alrededor de él en la misma órbita. Sin embargo, una mirada más cercana reveló algo completamente diferente. "A través de observaciones posteriores nos dimos cuenta de que no había dos planetas orbitando la estrella aproximadamente a la misma distancia de ella, sino más bien múltiples planetas en una configuración muy especial, "dice Adrien Leleu de la Université de Genève y la Universidad de Berna, Suiza, quien dirigió un nuevo estudio del sistema publicado hoy en Astronomía y Astrofísica .

    La nueva investigación ha revelado que el sistema cuenta con seis exoplanetas y que todos menos el más cercano a la estrella están atrapados en una danza rítmica mientras se mueven en sus órbitas. En otras palabras, están en resonancia. Esto significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas giran alrededor de la estrella, con algunos planetas alineándose cada pocas órbitas. Se observa una resonancia similar en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter:Io, Europa y Ganimedes. Io, el más cercano de los tres a Júpiter, completa cuatro órbitas completas alrededor de Júpiter por cada órbita que Ganimedes, el más lejano, marcas, y dos órbitas completas por cada órbita que hace Europa.

    Los cinco exoplanetas externos del sistema TOI-178 siguen una cadena de resonancia mucho más compleja, uno de los más largos descubiertos hasta ahora en un sistema de planetas. Mientras que las tres lunas de Júpiter están en una resonancia de 4:2:1, los cinco planetas exteriores en el sistema TOI-178 siguen una cadena 18:9:6:4:3:mientras que el segundo planeta de la estrella (el primero en la cadena de resonancia) completa 18 órbitas, el tercer planeta de la estrella (segundo en la cadena) completa 9 órbitas, etcétera. De hecho, los científicos inicialmente solo encontraron cinco planetas en el sistema, pero siguiendo este ritmo resonante calcularon en qué parte de su órbita estaría un planeta adicional la próxima vez que tuvieran una ventana para observar el sistema.

    Más que una simple curiosidad orbital, esta danza de planetas resonantes proporciona pistas sobre el pasado del sistema. "Las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, lo que nos dice que este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento, "explica el coautor Yann Alibert de la Universidad de Berna. Si el sistema se hubiera alterado significativamente antes de su vida, por ejemplo por un impacto gigante, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido.

    Este gráfico muestra una representación del sistema planetario TOI-178, que fue revelado por CHEOPS, el observador de exoplanetas de la ESA. El sistema consta de seis exoplanetas, cinco de los cuales están atrapados en una rara danza rítmica mientras orbitan su estrella central. Los dos planetas interiores tienen densidades terrestres (como la Tierra) y los cuatro planetas exteriores son gaseosos (con densidades como Neptuno y Júpiter). Los cinco planetas exteriores siguen una danza rítmica mientras se mueven en sus órbitas. Este fenómeno se llama resonancia orbital, y significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas giran alrededor de la estrella, con algunos planetas alineándose cada pocas órbitas. Mientras que los planetas del sistema TOI-178 orbitan su estrella de manera muy ordenada, sus densidades no siguen ningún patrón particular. Uno de los exoplanetas una densa, planeta terrestre como la Tierra está justo al lado de un planeta de tamaño similar pero muy esponjoso, como un mini-Júpiter, y al lado hay uno muy similar a Neptuno. Los astrónomos no esperaban encontrar este diseño en un sistema planetario, y este descubrimiento desafía las teorías actuales sobre la formación de planetas. En este gráfico, los tamaños relativos de los planetas están a escala, pero no las distancias y el tamaño de la estrella. Crédito:ESA

    Trastorno del sistema rítmico

    Pero incluso si la disposición de las órbitas es ordenada y ordenada, las densidades de los planetas "son mucho más desordenadas, "dice Nathan Hara de la Université de Genève, Suiza, que también participó en el estudio. "Parece que hay un planeta tan denso como la Tierra justo al lado de un planeta muy esponjoso con la mitad de la densidad de Neptuno, seguido de un planeta con la densidad de Neptuno. No es a lo que estamos acostumbrados ". En nuestro Sistema Solar, por ejemplo, los planetas están prolijamente ordenados, con el rocoso, planetas más densos más cerca de la estrella central y el esponjoso, planetas de gas de baja densidad más lejos.

    "Este contraste entre la armonía rítmica del movimiento orbital y las densidades desordenadas ciertamente desafía nuestra comprensión de la formación y evolución de los sistemas planetarios, "dice Leleu.

    Combinando técnicas

    Para investigar la arquitectura inusual del sistema, el equipo utilizó datos del satélite CHEOPS de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento ESPRESSO basado en tierra en el VLT de ESO y el NGTS y SPECULOOS, ambos ubicados en el Observatorio Paranal de ESO en Chile. Dado que los exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar directamente con telescopios, En cambio, los astrónomos deben confiar en otras técnicas para detectarlos. Los principales métodos utilizados son los tránsitos de imágenes:observar la luz emitida por la estrella central, que se atenúa cuando un exoplaneta pasa frente a él cuando se observa desde la Tierra (y las velocidades radiales) observando el espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de oscilación que ocurren cuando los exoplanetas se mueven en sus órbitas. El equipo utilizó ambos métodos para observar el sistema:CHEOPS, NGTS y SPECULOOS para tránsitos y ESPRESSO para velocidades radiales.

    Combinando las dos técnicas, Los astrónomos pudieron recopilar información clave sobre el sistema y sus planetas, que orbitan su estrella central mucho más cerca y mucho más rápido que la Tierra orbita al Sol. El más rápido (el planeta más interno) completa una órbita en solo un par de días, mientras que el más lento tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente una hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas son de 1,5 a 30 veces la masa de la Tierra. Algunos planetas son rocosos pero más grandes que la Tierra, estos planetas se conocen como Super-Tierras. Otros son planetas de gas, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños, se les llama Mini-Neptunes.

    Aunque ninguno de los seis exoplanetas encontrados se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, continuando la cadena de resonancia, podrían encontrar planetas adicionales que podrían existir en esta zona o muy cerca de ella. Telescopio extremadamente grande de ESO (ELT), que comenzará a operar en esta década, podrá obtener imágenes directamente de exoplanetas rocosos en la zona habitable de una estrella e incluso caracterizar sus atmósferas, presentando una oportunidad para conocer sistemas como TOI-178 con mayor detalle.


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