Открыта редкая система с шестью «резонансными» экзопланетами

В северном созвездии Волосы Вероники, примерно в 100 световых годах от Земли, находится звезда HD110067 спектрального класса K0. В 2020 году космический телескоп TESS обнаружил в ее излучении ритмичные падения яркости — явный признак наличия экзопланет. Проведя предварительный анализ данных, ученые предположили, что должно быть два объекта.

Спустя пару лет, в 2022 году, астрономы TESS повторили наблюдения за звездой. Хотя по новым, более полным, данным вновь вышло, что рядом с HD110067 летают две планеты, ученым не удалось объяснить все особенности наблюдений.

В новых данных нашлось еще несколько транзитов, которые никак не совпадали с предыдущими кандидатами в экзопланеты. Тогда необычной системой заинтересовались Рафаэль Луке (Rafael Luque) из Чикагского университета и его коллеги.

Группа решила использовать космический телескоп «Хеопс». Этот небольшой аппарат создали и запустили специально для изучения уже обнаруженных экзопланет в ближайших системах с яркими звездами. С его помощью ученые нашли в системе третью планету, и она стала ключом к открытию остальных.

Оказалось, три планеты — HD110067b, HD110067c и HD110067d — находятся в орбитальных резонансах 3:2 и 3:2. Если они находятся в цепочке резонансов, то и другие планеты системы — если такие есть — должны следовать ритму. Иначе равновесие давно было бы нарушено.

Используя это предположение, группа ученых смогла подобрать орбитальные резонансы так, чтобы объяснить все оставшиеся падения яркости HD110067 в данных наблюдений TESS. Так у исследователей получилось шесть экзопланет с резонансами в парах 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 и 4:3.

Пока первая планета системы с орбитальным периодом около девяти земных дней делает три оборота, вторая успевает сделать два и так далее. На один оборот самой дальней экзопланеты с орбитальным периодом около 54 земных дней приходится шесть оборотов самой близкой. Результаты исследования опубликованы в Nature.

Когда система только формируется, ее планеты чаще всего находятся в резонансе, но равновесие легко разрушается. Причиной может стать слишком массивная планета, мощное столкновение тел внутри системы или сближение с другой звездой. По словам автора работы Рафаэля Луке, ученые считают, что лишь 1% всех систем сохраняет орбитальный резонанс. Поэтому «чистая конфигурация» системы HD110067 так интересна исследователям.

Известны лишь еще две «резонансные» системы из шести планет: HD158259 и TOI-178, системы с суперземлями и мини-нептунами. Кстати, в «расшифровке» последней исследователи тоже задействовали телескоп «Хеопс».

По собранным данным ученым удалось определить массу трех планет системы и дать оценку массы трех оставшихся. Так у самой «легкой» планеты HD110067e масса должна быть меньше 3,9 массы Земли. А самой «тяжелой» оказалась HD110067d с массой в 8,5 раза больше земной. Для сравнения: Нептун по этому показателю примерно в 17 раз больше Земли.

Экзопланеты, которые по массе находятся между Землей и Нептуном, встречаются более чем у половины солнцеподобных звезд. Более того, многие ученые считают, что условия на этих космических телах хорошо подходят для существования жизни. Равновесная температура планет HD110067: от 440 кельвинов у самой дальней до 800 кельвинов у самой близкой к звезде.

Тем не менее мы не до конца понимаем, как они формируются и эволюционируют, а от этого зависит состав как самой планеты, так и ее атмосферы. Cудя по массе и плотности трех экзопланет системы HD110067, их окружают толстые водородные атмосферы.

Система HD110067 — самая яркая из известных систем более чем с четырьмя планетами. Поэтому ее субнептуны с атмосферами — идеальные кандидаты для дальнейших исследований.