L'impressione di questo artista mostra la vista dal pianeta nel sistema TOI-178 trovato in orbita più lontano dalla stella. Nuova ricerca di Adrien Leleu e dei suoi colleghi con diversi telescopi, compreso il Very Large Telescope dell'ESO, ha rivelato che il sistema vanta sei esopianeti e che tutti tranne quello più vicino alla stella sono bloccati in un ritmo raro mentre si muovono nelle loro orbite. Ma mentre il moto orbitale in questo sistema è in armonia, le proprietà fisiche dei pianeti sono più disordinate, con significative variazioni di densità da pianeta a pianeta. Questo contrasto sfida la comprensione degli astronomi di come i pianeti si formano ed evolvono. L'impressione di questo artista si basa sui parametri fisici noti per i pianeti e la stella vista, e utilizza un vasto database di oggetti nell'Universo. Credito:ESO/L. Calçada/spaceengine.org
Utilizzando una combinazione di telescopi, compreso il Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale (VLT dell'ESO), gli astronomi hanno rivelato un sistema composto da sei esopianeti, cinque dei quali sono serrati in un ritmo raro attorno alla loro stella centrale. I ricercatori ritengono che il sistema potrebbe fornire importanti indizi su come i pianeti, compresi quelli del Sistema Solare, formare ed evolvere.
La prima volta che il team ha osservato TOI-178, una stella a circa 200 anni luce di distanza nella costellazione dello Scultore, pensavano di aver individuato due pianeti che gli giravano intorno nella stessa orbita. Però, uno sguardo più attento ha rivelato qualcosa di completamente diverso. "Attraverso ulteriori osservazioni ci siamo resi conto che non c'erano due pianeti in orbita attorno alla stella all'incirca alla stessa distanza da essa, ma piuttosto più pianeti in una configurazione molto speciale, " dice Adrien Leleu dell'Université de Genève e dell'Università di Berna, Svizzera, che ha condotto un nuovo studio del sistema pubblicato oggi in Astronomia e astrofisica .
La nuova ricerca ha rivelato che il sistema vanta sei esopianeti e che tutti tranne quello più vicino alla stella sono bloccati in una danza ritmica mentre si muovono nelle loro orbite. In altre parole, sono in risonanza. Ciò significa che ci sono schemi che si ripetono mentre i pianeti girano intorno alla stella, con alcuni pianeti che si allineano ogni poche orbite. Una risonanza simile si osserva nelle orbite di tre delle lune di Giove:Io, Europa e Ganimede. io, il più vicino dei tre a Giove, completa quattro orbite complete attorno a Giove per ogni orbita che Ganimede, il più lontano, fare, e due orbite complete per ogni orbita compiuta da Europa.
I cinque esopianeti esterni del sistema TOI-178 seguono una catena di risonanza molto più complessa, uno dei più lunghi mai scoperti in un sistema di pianeti. Mentre le tre lune di Giove sono in risonanza 4:2:1, i cinque pianeti esterni nel sistema TOI-178 seguono una catena 18:9:6:4:3:mentre il secondo pianeta dalla stella (il primo nella catena di risonanza) completa 18 orbite, il terzo pianeta dalla stella (secondo della catena) completa 9 orbite, e così via. Infatti, gli scienziati inizialmente trovarono solo cinque pianeti nel sistema, ma seguendo questo ritmo di risonanza calcolarono dove nella sua orbita si sarebbe trovato un ulteriore pianeta quando avrebbero avuto una finestra per osservare il sistema.
Più che una semplice curiosità orbitale, questa danza di pianeti risonanti fornisce indizi sul passato del sistema. "Le orbite in questo sistema sono molto ben ordinate, il che ci dice che questo sistema si è evoluto abbastanza dolcemente dalla sua nascita, " spiega il coautore Yann Alibert dell'Università di Berna. Se il sistema fosse stato significativamente disturbato in precedenza nella sua vita, per esempio da un impatto gigantesco, questa fragile configurazione di orbite non sarebbe sopravvissuta.
Questo grafico mostra una rappresentazione del sistema planetario TOI-178, che è stato rivelato dall'osservatore di esopianeti dell'ESA CHEOPS. Il sistema è composto da sei esopianeti, cinque dei quali sono bloccati in una rara danza ritmica mentre orbitano attorno alla loro stella centrale. I due pianeti interni hanno densità terrestri (come la Terra) e i quattro pianeti esterni sono gassosi (con densità come Nettuno e Giove). I cinque pianeti esterni seguono una danza ritmica mentre si muovono nelle loro orbite. Questo fenomeno è chiamato risonanza orbitale, e significa che ci sono schemi che si ripetono mentre i pianeti girano intorno alla stella, con alcuni pianeti che si allineano ogni poche orbite. Mentre i pianeti nel sistema TOI-178 orbitano attorno alla loro stella in modo molto ordinato, le loro densità non seguono alcun modello particolare. Uno degli esopianeti, un denso, pianeta terrestre come la Terra è proprio accanto a un pianeta di dimensioni simili ma molto soffice - come un mini-Giove, e accanto a questo ce n'è uno molto simile a Nettuno. Gli astronomi non si aspettavano di trovare questo layout in un sistema planetario, e questa scoperta sfida le attuali teorie sulla formazione dei pianeti. In questo grafico, le dimensioni relative dei pianeti sono in scala, ma non le distanze e le dimensioni della stella. Credito:ESA
Disordine nel sistema ritmico
Ma anche se la disposizione delle orbite è ordinata e ordinata, le densità dei pianeti "sono molto più disordinate, "dice Nathan Hara dell'Université de Genève, Svizzera, che è stato anche coinvolto nello studio. "Sembra che ci sia un pianeta denso come la Terra proprio accanto a un pianeta molto soffice con metà della densità di Nettuno, seguito da un pianeta con la densità di Nettuno. Non è quello a cui siamo abituati." Nel nostro Sistema Solare, Per esempio, i pianeti sono ordinatamente disposti, con il roccioso, pianeti più densi più vicini alla stella centrale e al soffice, pianeti gassosi a bassa densità più lontani.
"Questo contrasto tra l'armonia ritmica del moto orbitale e le densità disordinate sfida certamente la nostra comprensione della formazione e dell'evoluzione dei sistemi planetari, "dice Leleu.
Combinazione di tecniche
Per indagare sull'architettura insolita del sistema, il team ha utilizzato i dati del satellite CHEOPS dell'Agenzia spaziale europea, insieme allo strumento ESPRESSO a terra sul VLT dell'ESO e su NGTS e SPECULOOS, entrambi situati presso l'Osservatorio dell'ESO al Paranal in Cile. Poiché gli esopianeti sono estremamente difficili da individuare direttamente con i telescopi, gli astronomi devono invece affidarsi ad altre tecniche per rilevarli. I principali metodi utilizzati sono l'imaging dei transiti:l'osservazione della luce emessa dalla stella centrale, che si attenua quando un esopianeta gli passa davanti quando osservato dalla Terra - e velocità radiali - osservando lo spettro luminoso della stella per piccoli segni di oscillazioni che si verificano mentre gli esopianeti si muovono nelle loro orbite. Il team ha utilizzato entrambi i metodi per osservare il sistema:CHEOPS, NGTS e SPECULOOS per i transiti ed ESPRESSO per le velocità radiali.
Combinando le due tecniche, gli astronomi sono stati in grado di raccogliere informazioni chiave sul sistema e sui suoi pianeti, che orbitano attorno alla loro stella centrale molto più vicini e molto più veloci di quanto la Terra orbita attorno al Sole. Il più veloce (il pianeta più interno) completa un'orbita in appena un paio di giorni, mentre il più lento impiega circa dieci volte di più. I sei pianeti hanno dimensioni che vanno da circa una a circa tre volte le dimensioni della Terra, mentre le loro masse sono da 1,5 a 30 volte la massa della Terra. Alcuni dei pianeti sono rocciosi, ma più grandi della Terra:questi pianeti sono conosciuti come Super-Terre. Altri sono pianeti gassosi, come i pianeti esterni del nostro Sistema Solare, ma sono molto più piccoli, questi sono soprannominati Mini-Nettuno.
Sebbene nessuno dei sei esopianeti trovati si trovi nella zona abitabile della stella, i ricercatori suggeriscono che, continuando la catena di risonanza, potrebbero trovare altri pianeti che potrebbero esistere dentro o molto vicino a questa zona. L'Extremely Large Telescope (ELT) dell'ESO, che dovrebbe iniziare ad operare in questo decennio, sarà in grado di visualizzare direttamente gli esopianeti rocciosi nella zona abitabile di una stella e persino caratterizzare le loro atmosfere, offrendo un'opportunità per conoscere sistemi come TOI-178 in modo ancora più dettagliato.
