六系外行星系统挑战了行星如何形成的理论

天文学家使用包括欧洲南方天文台的超大望远镜（ESO）在内的一系列望远镜，揭示了一个由六颗系外行星组成的系统，其中五颗系外行星锁定在其中心恒星的罕见节奏中。研究人员认为，该系统可以提供有关行星（包括太阳系中的行星）如何形成和演化的重要线索。该团队第一次观察到TOI-178，这是一颗位于雕刻家星座中约200光年远的恒星，他们以为他们发现了两个在同一轨道绕着它飞行。但是，仔细观察会发现完全不同的东西。 ＆＃34;通过进一步的观察，我们意识到，没有两个行星围绕恒星绕着它的距离大致相同，而是有多个行星以非常特殊的配置运行，＆＃34;日内瓦大学和伯尔尼大学的Adrien Leleu说，他领导了今天在《天文学与日报》上发表的对该系统的新研究。天体物理学。

这项新的研究表明，该系统拥有六颗系外行星，除了最靠近恒星的一颗外，其他行星都被锁定在有节奏的舞蹈中，因为它们在轨道中运动。换句话说，它们是共鸣的。这意味着当行星围绕恒星运转时，某些模式会重复出现，有些行星每隔几个轨道排列一次。在木星的三个卫星：艾欧，欧罗巴和木卫三的轨道上观察到类似的共振。艾欧（Io）是最接近木星的三个行星，艾欧（Io）对最远的木卫三（Ganymede）制造的每个轨道完成围绕木星的四个完整轨道，而欧罗巴（Europa）的每个轨道完成两个完整轨道。

TOI-178系统的五个外系外行星遵循更复杂的共振链，这是在行星系统中发现的最长的行星之一。当三个木星卫星以4：2：1共振时，TOI-178系统中的五个外行星遵循18：9：6：4：3链：而来自恒星的第二个行星（共振链）完成18个轨道，距离恒星的第三个行星（链中的第二个）完成9个轨道，依此类推。实际上，科学家最初只在系统中发现了5颗行星，但是通过遵循这种共振节奏，他们计算出当他们下次有一个观察该系统的窗口时在其轨道上的另外一颗行星的位置。

共振的行星之舞不仅仅是轨道上的好奇心，还提供了有关系统过去的线索。 ＆＃34;该系统的轨道井然有序，这告诉我们，自该系统诞生以来，它的发展相当缓慢，＆＃34;伯尔尼大学的合著者Yann Alibert解释说。如果该系统在其生命的早期就受到了极大的干扰，例如受到了巨大的冲击，那么这种脆弱的轨道结构将无法幸免。

但是，即使轨道的排列整齐有序，行星的密度也更加混乱。来自日内瓦大学的内森·哈拉（Nathan Hara）说，他也参与了这项研究。 ＆＃34;似乎旁边有一颗密度与地球一样高的行星，紧接在一块非常蓬松的海王星上，密度为海王星的一半，其次是一颗密度为海王星的行星。这不是我们习惯的。＆＃34;例如，在我们的太阳系中，行星排列整齐，岩石密集的行星更靠近中心恒星，而蓬松的低密度气体行星则更远。

＆＃34;轨道运动的节奏和谐与无序密度之间的这种对比无疑挑战了我们对行星系统的形成和演化的理解，＆＃34; Leleu说。

为了调查该系统的非常规架构，研究小组使用了欧洲航天局CHEOPS卫星的数据，以及ESO VLT和NGTS和SPECULOOS上的地面ESPRESSO仪器，两者均位于智利ESO旁观台。由于系外行星很难直接用望远镜发现，因此天文学家必须依靠其他技术来探测它们。使用的主要方法是对影像进行成像-观察中心恒星发出的光，当从地球上观察时，系外行星越过中心恒星时，中心恒星发出的光就会变暗-以及-观察恒星的光谱是否有微小的摆动迹象系外行星在轨道上移动时发生的。该团队使用两种方法来观测系统：CHEOPS，NGTS和SPECULOOS用于运输，而ESPRESSO用于径向速度。

通过结合这两种技术，天文学家能够收集有关该系统及其行星的关键信息，这些信息绕其轨道运行的距离比地球绕太阳运行的距离要近得多，而且速度要快得多。最快的（最内层的行星）在短短几天内就完成了，而最慢的行星要花费大约十倍的时间。这六个行星的大小大约是地球大小的一到三倍，而它们的质量是地球质量的1.5到30倍。一些行星是岩石的，但比地球大-这些行星被称为超地球。其他的则是气体行星，就像太阳系中的一样，但它们的体积要小得多，因此被称为迷你海王星。

尽管发现的六个系外行星都没有位于恒星的宜居区域，但研究人员建议，通过继续共振链，他们可能会发现可能存在于或非常靠近该区域的其他行星。 ESO的超大型望远镜（ELT）将于本十年开始运行，它将能够直接对恒星中的岩石系外行星进行成像，甚至可以表征其大气层，从而为了解系统提供了机会更像是TOI-178。更多信息：A. Leleu等。 TOI-178，天文学和太空望远镜中的六个过境行星和一串拉普拉斯共振。天体物理学（2021）。 DOI：10.1051 / 0004-6361 / 202039767