一个罕见的行星系统:10多亿年都不曾受到干扰!

作者: 不⼆北⽃

来源: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cheops/ESA_s_Cheops_helps_unlock_rare_six-planet_system

发布日期: 2023-11-30 20:40:47

研究⼈员在HD110067恒星系统中发现了一个罕见的六颗系外行星系统,这些行星自10多亿年前形成以来基本没有发生过改变,它们处于精确的轨道共振,形成了一个未受干扰的原始行星系统结构。

在⼤约100光年之外的后发座北部,有⼀颗与太阳相似的恒星,名为HD110067。2020年,系外⾏星捕⼿TESS(凌星系外⾏星巡天卫星)探测到HD110067的亮度下降,这表明有⾏星在这颗恒星⾯前经过,或者说发⽣了凌星事件。研究⼈员对数据进⾏初步分析后发现,应该有两颗系外⾏星绕这个恒星运⾏,其中⼀颗的公转周期为5.642天,另⼀颗的公转周期未知。两年后,TESS再次对这颗恒星进⾏了观测。

在对更多的数据进⾏分析后,研究⼈员推翻了最初的结论。虽然与最初的分析结果相⽐,新结果的确定性要⾼得多,但仍有很多数据是难以解释的,这也引起了芝加哥⼤学Rafael Luque等天⽂学家的兴趣。为了揭示更多细节,他们决定求助于另⼀个空间任务,CHEOPS(系外⾏星特性探测卫星)。在CHEOPS的帮助下,天⽂学家最终揭示了⼀个拥有六颗系外⾏星的罕⻅系统。

这是⼀项极有意义的发现,因为这个多⾏星系统⾃10多亿年前形成以来,基本没有发⽣过改变。研究结果发表在近期的《⾃然》杂志上。通过以固定的时间间隔追踪两颗相邻⾏星的轨道周期的联系,可以创造出每两颗相邻⾏星之间的独特模式。HD110067系统中的六颗处于轨道共振的⾏星,⼀起创造了⼀个迷⼈的⼏何图案。

在搜寻过程中,TESS任务是⼀点⼀点地扫描整个天空,寻找短周期的系外⾏星;⽽CHEOPS则是⼀项有针对性的任务,它每次只关注⼀颗恒星,因此精确度很⾼。从TESS卫星对HD110067的观测数据中,可以确定两颗被称为“b”和“c”的带内⾏星,其轨道周期分别为9.114天和13.673天。通过结合CHEOPS的数据,第三颗⾏星的谜底浮出⽔⾯:研究⼈员发现,还有⼀颗公转周期为20.519天的⾏星d。

就在这时,研究⼈员意识到,HD110067的三颗带内⾏星,b、c、d,处于轨道共振:最外层⾏星的公转周期⼤约是第⼆颗的1.5倍,⽽第⼆颗的公转周期⼜⼏乎是最内层的1.5倍,因⽽形成了3:2、3:2的共振链。当最内层的⾏星围绕恒星公转9圈时,第⼆颗⾏星公转6圈,第三颗⾏星公转4圈。于是,研究⼈员开始思考,是否还有其他⾏星可能也是这个共振链的⼀部分。

他们通过结合TESS和CHEOPS中剩下的⽆法解释的数据,最终发现了这个系统中的其他三颗⾏星。研究⼈员计算出,这6颗⾏星处于3:2、3:2、3:2、4:3、4:3的共振链中,并预测出三颗带外⾏星e、f、g的轨道周期分别为30.793天、41.058天和54.743天。所有六颗⾏星相对于⾏星c⼀年的轨道运动。由于这六颗⾏星处于精确的轨道共振,因此每颗⾏星的轨道都紧密相关。

⾏星c绕HD110067旋转360°,⾏星b就旋转540°,⾏星d旋转240°,⾏星e旋转160°,⾏星f旋转120°,⾏星g旋转90°。在已发现的5000多颗系外⾏星中,共振并不罕⻅,多⾏星系统也不罕⻅,罕⻅的是找到能够维持住这种共振的⾏星系统。这是因为,虽然恒星周围的⾏星往往是在共振中形成的,但这种共振很容易受到⼲扰。

⼀颗⾮常⼤的⾏星,⼀颗经过的恒星,或者⼀次巨⼤的撞击事件,都可能破坏这种岌岌可危的共振。因此,天⽂学家所知的⼤多数多⾏星系统并没有共振。研究⼈员表示,只有⼤约百分之⼀的多⾏星系统能维持这种共振,⽽HD110067就是其中之⼀,它向我们展示了⼀个未受影响的⾏星系统的原始结构。这是⼗分罕⻅且具有重要意义的。通过这些轨道共振的多⾏星系统,天⽂学家可以获悉许多有关于⾏星系统的形成和演化的信息。

HD110067是已知最亮的拥有四颗以上⾏星的多⾏星系统,由于这些⾏星的⼤⼩都介于地球与海王星之间,且可能具有延伸的⼤⽓层,这使得它们成为使⽤⻙布空间望远镜等空间任务来研究其⼤⽓成分的理想候选。

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