Quasi visibile ad occhio nudo nella costellazione del Draco, la stella HD 158259 è stata osservata negli ultimi sette anni dagli astronomi utilizzando lo spettrografo SOPHIE. Questo strumento, installato presso l'Osservatorio dell'Alta Provenza nel sud della Francia, acquisito 300 misurazioni della stella. L'analisi dei dati effettuata da un team internazionale guidato da ricercatori dell'Università di Ginevra (UNIGE), ha portato alla scoperta che HD 158259 ha sei compagni planetari:una "super-Terra" e cinque "mini-Nettuno". Questi pianeti mostrano una spaziatura eccezionalmente regolare, che suggerisce come il sistema potrebbe essersi formato. Questo studio, pubblicato sulla rivista Astronomia e astrofisica , include anche le osservazioni della stella con il telescopio spaziale TESS, che svelano la densità del pianeta più interno.

Le misurazioni SOPHIE di HD 158259 consentono di misurare con grande precisione la velocità radiale della stella, ovvero la sua velocità della stella nella direzione della linea di vista. È lo stesso tipo di misurazione che ha portato alla scoperta di 51 Peg b da parte dei vincitori del Premio Nobel 2019 Michel Mayor e Didier Queloz nel 1995. Inoltre, la rilevazione di 51 Peg b e dei sei pianeti di HD 158259 è stata effettuata utilizzando lo stesso telescopio.

Nel 1995 non sarebbe stato possibile svelare un sistema con pianeti così piccoli, né all'installazione di SOPHIE nel 2006. "La scoperta di questo eccezionale sistema è stata resa possibile grazie all'acquisizione di un gran numero di misurazioni, così come un notevole miglioramento dello strumento e delle nostre tecniche di elaborazione del segnale, "dice François Bouchy, docente presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'UNIGE e coordinatore del programma osservativo. "Questo è un ottimo lavoro e mostra l'importante ruolo svolto dai telescopi più piccoli nel promuovere i progressi dell'astronomia attraverso ricerche di alta qualità che utilizzano vecchi, ma osservatori ben finanziati, " aggiunge Paul A. Wilson, ricercatore presso l'Università di Warwick e coautore dello studio.

Le osservazioni di SOPHIE hanno mostrato che il pianeta più vicino a HD 158259 e i cinque pianeti esterni presentano masse di due e sei volte quella della Terra, rispettivamente. Il sistema è risultato essere compatto, nel senso che la distanza del pianeta più esterno dalla sua stella è 2,6 volte inferiore alla distanza tra Mercurio e il Sole. Per di più, Il telescopio spaziale TESS della NASA ha osservato una diminuzione della luminosità della stella mentre il pianeta più interno transitava tra l'osservatore e la stella. "Le misurazioni TESS supportano fortemente il rilevamento del pianeta e ci consentono di stimare il suo raggio, che porta informazioni molto preziose sulla struttura interna del pianeta, "dice Isabelle Boisse, ricercatore presso il Laboratorio di Astrofisica di Marsiglia e coautore dello studio.

Pianeti in ritmo

Sono noti centinaia di sistemi multiplanetari, ma solo una dozzina contengono sei o più pianeti. La presenza di sei pianeti in orbita attorno a HD 158259 rende questo sistema notevole, ma la sua caratteristica più interessante è la sua regolarità. Infatti, il rapporto di periodo di due pianeti successivi è vicino a 3:2. Ciò significa che quando il primo pianeta, quello più vicino alla stella, completa tre orbite, il secondo ne completa circa due. Mentre questo secondo pianeta completa tre orbite, il terzo completa circa due, e così via.

Questa situazione è meglio compresa nel quadro generale della "risonanza, " che svolge un ruolo chiave nell'architettura dei sistemi planetari. Si dice che diversi pianeti siano in risonanza quando si trovano periodicamente nella stessa configurazione dopo aver completato un numero potenzialmente diverso di orbite. "Questo è paragonabile a diversi musicisti che battono ritmi distinti, eppure chi batte contemporaneamente all'inizio di ogni battuta, " dice Nathan C. Hara, ricercatore presso il Dipartimento di astronomia della Facoltà di scienze dell'UNIGE, membro dell'istituto PlanetS e primo autore dello studio. I pianeti possono anche essere vicini alla risonanza, ma non esattamente dentro. Questo è il caso dei pianeti di HD 158259.

Dedurre la storia del sistema

Perché questo sistema è interessante? Uno degli obiettivi dello studio dei sistemi planetari è comprendere la loro formazione. Su questo argomento, diverse questioni sono ancora dibattute. In particolare:i pianeti si formano vicino alla loro posizione finale nel sistema, o si muovono attraverso il sistema dopo che si sono formati? Quest'ultimo scenario, chiamata migrazione planetaria, sembra spiegare la formazione dei sei pianeti di HD 158259. "Diversi sistemi compatti con diversi pianeti in, o vicino a risonanze sono noti, come TRAPPIST-1 o Kepler-80. Si ritiene che tali sistemi si formino lontano dalla stella prima di migrare verso di essa. In questo scenario, le risonanze giocano un ruolo cruciale, "dice Stephane Udry, docente presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'UNIGE.

Nel sistema di HD 15829, quando un pianeta completa tre orbite, il suo vicino esterno più prossimo ne completa circa due. "Qui, 'circa' è importante. Oltre all'ubiquità del rapporto del periodo 3:2, questo costituisce l'originalità del sistema, " dice Nathan Hara. I pianeti sono vicini alla risonanza, ma non esattamente dentro. Ciò suggerisce che i pianeti erano intrappolati nella risonanza in passato, migrato in modo sincrono, poi si allontanò dalla risonanza. "Per di più, l'attuale allontanamento dei rapporti di periodo da 3:2 contiene numerose informazioni. Con questi valori da un lato, e modelli a effetto marea dall'altro, potremmo limitare la struttura interna dei pianeti in uno studio futuro. In sintesi, lo stato attuale del sistema ci offre una finestra sulla sua formazione, "conclude l'Hara.