На этом изображении художника показан вид с планеты в системе TOI-178, вращающейся дальше всего от звезды. Новое исследование Адриена Леле и его коллег с использованием нескольких телескопов, в том числе Очень Большого Телескопа ESO, показало, что резонансная система включает шесть экзопланет и что все, кроме одной, ближайшей к звезде, движутся по своим орбитам в редком ритме. Фото предоставлено: ESO/L. Кальсада/spaceengine.org
Международная группа под руководством UNIGE, UNIBE и PlanetS доказала существование двух различных популяций субнептуна, положив конец дебатам в научном сообществе.
У большинства звезд нашей галактики есть планеты. Наиболее распространены субнептуны, планеты размером между Землей и Нептуном. Вычисление их плотности ставит перед учеными проблему: в зависимости от того, какой метод используется для измерения их массы, выделяются две популяции: плотная и менее плотная.
Это связано с ошибкой наблюдения или с физическим существованием двух разных популяций субнептуна? Недавняя работа NCCR PlanetS, Женевского университета (UNIGE) и Бернского университета (UNIBE) предполагает последнее. Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysicals.
В нашей галактике много экзопланет. Наиболее распространены так называемые субнептуны, расположенные между радиусами Земли (около 6400 км) и Нептуна (около 25 000 км). По оценкам, от 30 до 50% всех солнцеподобных звезд содержат хотя бы одну из этих планет.
Вычисление плотности этих планет является научной задачей. Чтобы оценить их плотность, нам сначала нужно измерить их массу и радиус. Проблема в том, что планеты, масса которых измеряется с использованием метода изменения времени прохождения (TTV), имеют меньшую плотность, чем планеты, масса которых измеряется с использованием метода лучевой скорости, другого возможного метода измерения.
«Метод TTV измеряет изменения во времени транзита. Гравитационные взаимодействия между планетами в одной системе немного меняют время, за которое планеты проходят перед своей звездой», — объясняет Жан-Батист Делиль, научный сотрудник отдела астрономии факультета естественных наук UNIGE и соавтор исследования. .
«Метод лучевых скоростей, с другой стороны, измеряет колебания скорости звезды, вызванные наличием планеты, вращающейся вокруг нее».
Устраните любую предвзятость
Международная группа под руководством ученых из NCCR PlanetS, UNIGE и UNIBE опубликовала исследование, объясняющее этот феномен. Оно основано не на ошибках отбора или наблюдения, а на физических причинах.
«Большинство систем, измеренных с помощью метода TTV, находятся в резонансе», — объясняет Адриен Леле, доцент кафедры астрономии факультета естественных наук UNIGE и ведущий автор исследования.
Две планеты находятся в резонансе, когда отношение периодов их обращения является рациональным числом. Например, если одна планета делает два оборота вокруг своей звезды, другая планета делает ровно один. Когда несколько планет резонируют, образуется цепочка резонансов Лапласа.
«Поэтому мы задались вопросом, существует ли внутренняя связь между плотностью и резонансной орбитальной конфигурацией планетной системы», — продолжает исследователь.
Чтобы установить связь между плотностью и резонансом, астрономам сначала пришлось устранить любую неточность в данных, тщательно отобрав планетные системы для статистического анализа. Например, обнаружение большой планеты с малой массой в пути занимает больше времени, чтобы определить ее лучевые скорости.
Это увеличивает риск того, что наблюдения будут прерваны до того, как планета станет видна в данных о лучевой скорости и, таким образом, можно будет оценить ее массу.
«Этот процесс отбора приведет к тому, что в литературе будут отдаваться предпочтение планетам с более высокой массой и плотностью, характеризуемым методом лучевых скоростей. Поскольку у нас нет данных об измерении их массы, планеты с меньшей плотностью будут исключены из нашего анализа», — объясняет Лелеу. .
После этой очистки данных астрономы с помощью статистических тестов установили, что плотность субнептунов в резонансных системах ниже, чем в нерезонансных, независимо от метода определения их массы.
Вопрос резонанса
Ученые предлагают несколько возможных объяснений этой связи, в том числе процессами формирования планетных систем. Основная гипотеза исследования заключается в том, что все планетные системы сходятся к состоянию резонансной цепочки в первые моменты своего существования, но только 5% из них остаются стабильными.
Остальные 95% становятся нестабильными. Затем резонансная цепочка разрывается, вызывая серию «катастроф», таких как столкновения между планетами. Планеты сливаются друг с другом, увеличивая свою плотность и затем стабилизируясь на нерезонансных орбитах.
Этот процесс создает две совершенно разные популяции субнептунов: плотную и менее плотную. «Численные модели формирования и эволюции планетных систем, которые мы разработали в Берне за последние два десятилетия, воспроизводят именно эту тенденцию: планеты в резонансе менее плотные.
«Это исследование также подтверждает, что большинство планетных систем были ареной гигантских столкновений, подобных тому, которое образовало нашу Луну, или даже более жестоких», — заключает Ян Алиберт, профессор кафедры космических и планетарных наук (WP) UNIBE. -директор Центра космоса и обитаемости и соавтор исследования.
Информация от: Женевским университетом
