Hat bolygó ritmikus táncát fedezte fel a Cheops-űrtávcső

Egy olyan, különleges bolygórendszert találtak az Európai Űrügynökség (ESA) Cheops-űrtávcsövével, aminek bolygói rezonáns pályákon keringenek – derül ki a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet közleményéből. A kutatásban több magyar kutató is részt vett.

A rezonáns pálya azt jelenti, hogy a bolygók egymáshoz viszonyított helyzete periodikusan ismétlődik. Remek példa erre a Neptunusz és a Pluto tánca: a törpebolygó nyújtott, ellipszis alakú pályán mozog, ezért néha keresztezi a Neptunusz pályáját. Ütközni azonban nem fognak, mert 3:2 arányú rezonanciában keringenek, tehát amíg a Neptunusz háromszor kerüli meg a Napot, addig a Pluto kétszer. 1965-ben fedezték fel, hogy amikor a Pluto napközelpontban, azaz perihéliumban van (amikor pályája a legközelebb viszi a Naphoz), akkor a Neptunusz mindig 90 fokkal előtte vagy mögötte jár.

Vissza a felfedezéshez: a NASA TESS űrtávcsöve 2020-ban jelezte, hogy a HD110067 katalógusjelű csillag fényessége csökkent, ami arra utal, hogy bolygók haladtak át a csillag koronája előtt. A csillag nagyjából 100 fényévre van a Földtől, az északi éggömbön, a Bereniké Haja csillagképben látható. A tömege és a sugara nagyjából a Napunk 80 százaléka. Az előzetes elemzések arra jutottak, hogy két bolygó keringhet körülötte, és az egyik 5,642 nap alatt kerüli meg.

2022-ben a TESS újra észlelte a csillagot, és a régi és új adatok együtt kizárták az eredeti értelmezést. Inkább arra jutottak, hogy két egészen másmilyen bolygóról lehetett szó, ezért bevetették a Cheopsot.

Az új vizsgálatok során kiderült, hogy nem két, hanem három bolygóról van szó, amik rezonáns pályán mozognak. A legkülső 20,519 nap alatt kerülte meg a csillagot, a középső 13,673 nap alatt, a legbelső pedig 9,114 nap alatt. Tehát ahogy belülről kifelé haladunk, a keringési idő mindig nagyjából megmásfélszereződött.

Az ábrán látható, hogy amíg a c jelű bolygó egyszer körbe ért (azaz megtett 360 fokot), addig a b-n másfél év telt el, a d 240 fokot haladt, az e 160-at, az f 120-at, a g pedig 90-et.

Azonban még így is maradt néhány megmagyarázatlan adat, amikből kiderült, hogy még további három bolygó kering a csillag körül.

„A Cheops feltárta előttünk azt a rezonáns konfigurációt, amelynek ismeretében megjósolhattuk a többi keringési periódust”

– mondta Rafael Luque, a vizsgálatot végző egyik csillagász.

A rezonáns pályát a csillagászok egy animáción is bemutatták. Mindegyik bolygó a csillag korongja előtti áthaladásakor (lefelé – felénk – mutató sárga nyíl) egy-egy hang csendül fel, amelyek frekvenciája követi az egymást követő bolygók keringési frekvenciájában mutatkozó rezonanciát. A feliratok a bolygók felfedezéséről szolgáltatnak információt:

Az ilyen, rezonáns bolygórendszerek felfedezése segíthet megérteni a többi bolygórendszert is. Egylőre úgy néz ki, hogy a legtöbb rendszer így alakul ki, de az évmilliók során valami bezavar (például egy nagyobb tömegű bolygó, egy a közelben elhaladó másik csillag, egy nagyobb becsapódás), felborul az egyensúly, és a bolygók kizökkennek a rezonáns ritmusból. A csillagászok több olyan rendszert is ismernek, amin látszik, hogy régen rezonánsak voltak, viszont azok a rendszerek ritkák, amik megtartják a ritmust.

„Úgy véljük, hogy az összes rendszer csak körülbelül egy százaléka marad rezonancia-állapotban. A HD110067 bolygórendszer máig változatlan, ősi állapotát mutatja nekünk”

– magyarázta Luque.

Mindössze három olyan rezonáns bolygórendszer ismert, amiben hat bolygó van, ebből kettőt a Cheops fedezett fel, alig háromévnyi működés során. HD110067 a legfényesebb csillag, ami körül legalább négy bolygó kering. Ezek mindegyike kisebb, mint a Neptunusz, és valószínűleg kiterjedt légkörük van, ezért ideális célpontok a James Webb űrteleszkópnak és az ESA jövőbeli Ariel- és Plato-űrteleszkópjank.

2021-ben csillagászok hasonló felfedezésre jutottak, amikor megtalálták a TOI-128 csillagot, ami körül hatból öt bolygó rezonáns pályán kering. Ezt egy zenei megoldással érzékeltették.

A kutatás eredményeit A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067 címmel publikálták a Nature folyóiratban. A tanulmányon több magyar kutató is dolgozott. Bárczy Tamás (ADMATIS Kft., Miskolc), Csizmadia Szilárd (Institut für Planetenforschung, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Berlin), Kiss László (HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Budapest), Simon Attila (Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie, Physikalisches Institut, Universität Bern, Bern) és Szabó M. Gyula (ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium, Szombathely).