Шесть субнептунов в резонансе

Метод транзитов — основной в поиске планет у других звезд. Периодически проходящая перед звездой экзопланета слегка затмевает ее излучение, что дает возможность отследить в телескоп регулярные снижения интенсивности излучения. Этим методом ищут планеты космический телескоп НАСА TESS и европейский телескоп CHEOPS. Для поиска короткопериодических экзопланет первый сканирует небо крупными участками, а второй всегда фокусируется на одной звезде, но с предельной точностью.

С помощью этих телескопов международная команда ученых смогла обнаружить удивительную планетную систему, вращающуюся вокруг звезды HD110067. Отличительная особенность системы — полная гармония шести планет. Группе профессора Женевского университета Адриена Лелеу (Adrien Leleu) удалось доказать, что вокруг материнской звезды все планеты обращаются в резонансах друг с другом.

Когда ближайшая к звезде планета делает три полных орбитальных оборота, вторая совершает ровно два (резонанс 3:2). Остальные планеты следуют цепочке последовательных пар резонансов (3:2, 3:2, 4:3, 4:3). Периоды обращений составляют 9; 14; 20,5; 31; 41 и 55 дней.

По размерам все шесть планет относятся к субнептунам с радиусами от 1,94 до 2,85 земного. У трех из них измерены массы. Их плотность низка, поэтому астрофизики предполагают наличие у них больших атмосфер с преобладанием водорода.

Точное расположение планет поначалу было неясно. Лишь наблюдения в телескоп CHEOPS позволили подтвердить резонанс третьей планеты. Затем группа Адриена Лелеу провела расчет гравитационных взаимодействий между планетами и вычислила орбитальные периоды трех внешних планет. Предсказания подтвердили наблюдения различных наземных телескопов. Повторный анализ данных TESS даже выявил два незамеченных прежде транзита дальних планет системы. Телескоп CHEOPS продолжит за ней наблюдать.

Системы с шестью резонансами нечасто встречаются среди 5,5 тысяч известных планет. Самая известная резонансная система — это семь планет TRAPPIST-1. Однако яркость ее звезды в 50 раз меньше яркости HD110067, что сильно усложняет наблюдение.

Прохождение планет перед материнской звездой позволяет судить об атмосфере планеты, так как она фильтрует звездный свет и меняет его спектр. Астрофизики надеются, что яркая звезда HD110067 сильно облегчит исследование ее легких планет, которые могут быть богаты газами и водой, и телескоп имени Джеймса Уэбба сможет получить данные о составе шести планет.

У более половины похожих на Солнце звезд планеты размером между Землей и Нептуном пребывают на близких орбитах. Однако их состав, формирование и эволюция изучены слабо. Планеты в резонансе здесь особенно ценны, поскольку их гармоничная связь заставляет предполагать, что архитектура системы не менялась с момента рождения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.