Astronomia

Può una stella orbitare attorno a più pianeti o a un pianeta con lune enormi?

Può una stella orbitare attorno a più pianeti o a un pianeta con lune enormi?

Nota: non sto parlando di una stella in orbita attorno a un pianeta singolo o solitario :)

So che una stella in orbita attorno a un pianeta è quasi impossibile perché se un pianeta è più massiccio di una stella, quel "pianeta" sarebbe probabilmente una stella. Ma che ne dici se il pianeta non è solo come:

  1. Un sistema planetario multiplo che consiste solo di pianeti fluttuanti ma i pianeti sono così massicci che la loro massa totale è più grande di una stella

  2. Un pianeta in sé non è più massiccio di una stella ma ha così tante lune enormi massive

È possibile che una stella molto piccola orbiti attorno ai pianeti in tali situazioni?


Ci sono modi teorici per farlo, ma è così improbabile che probabilmente non esiste. Supponendo che tu voglia un sistema in cui i pianeti siano in orbite stabili l'uno intorno all'altro. La difficoltà di base è il problema dei 3 corpi o problema del corpo n. Maggiori informazioni qui e qui.

Ad esempio, un pianeta enorme potrebbe (in teoria) avere una singola luna super-massiccia di massa simile al pianeta, anche se sarebbe probabilmente considerato un sistema a 2 pianeti. Non è possibile che un pianeta abbia due lune supermassicce perché non sarebbe stabile. In generale, i pianeti sono molte volte la massa di tutte le loro lune combinate, allo stesso modo le stelle sono molte volte la massa di tutti i loro pianeti combinati e quando questo smette di essere vero il sistema non è più stabile. È molto difficile generare una massa sufficiente aggiungendo lune a un sistema o aggiungendo abbastanza pianeti per diventare più massicci del sole, a meno che i pianeti non si scontrino l'uno con l'altro ma oltre una certa massa, smetterebbero di essere pianeti e diventerebbero una specie di stella quando abbastanza pianeti combinati.

Se osserviamo i sistemi gravitazionali, come il nostro Sistema solare, qualcosa come il 99,7% della massa è nel sole, quindi il sole domina e tutto orbita intorno al sole. Alcuni degli oggetti più grandi hanno lune e, curiosamente, ma solo perché si trovano in orbite relativamente calme lontane da altri pianeti, alcuni asteroidi orbitano l'uno intorno all'altro, ma il sistema è molto strutturato attorno al sole con zone orbitali stabili molto più piccole intorno ai pianeti.

Plutone ha anche un proprio sistema orbitale piuttosto curioso, probabilmente causato da un impatto, in cui Plutone e Caronte sono relativamente grandi e 4 minuscole lune orbitano attorno a loro.

Fonte:

Ma questo tipo di sistemi strutturati sono possibili solo se si dispone di un significativo differenziale di massa. Quando hai 3 o più corpi di massa simile e distanza simile, ottieni un alto grado di caos matematico e instabilità. Esistono trucchi matematici creativi per farlo funzionare, ma nessuno di questi è stabile o probabile.

Questo è l'aspetto di 3 corpi di massa simili, e in un tale sistema, con cambiamenti costanti, lo scenario più probabile è che uno dei corpi alla fine venga espulso. (fonte, problema con N-corpi sopra)

Esistono sistemi stellari con diverse stelle, ma sono instabili o contengono differenze significative di massa. La struttura gravitazionale si applica ai pianeti grandi come alle stelle, e qui c'è un articolo a riguardo.

Puoi creare stabilità facendo orbitare 2 oggetti l'uno sull'altro e un terzo oggetto massiccio abbastanza distante. (Alpha Centauri è quel tipo di configurazione anche se Proxima Centauri è un po' più piccolo, ma è lo stesso sistema).

Puoi persino creare la gerarchia in cui hai 2 oggetti che orbitano l'uno attorno all'altro e poi altri 2, che orbitano l'un l'altro, ma distanti in modo che i 2 co-orbitali orbitino l'uno intorno all'altro, e se lo fai abbastanza volte, puoi creare abbastanza massa planetaria dove una stella più massiccia potrebbe orbitare a distanza intorno all'intera cosa, ma diventa molto strutturata e molto distante. Non è quella che considererei un'orbita normale.

Potresti anche imbrogliare e avere diversi pianeti in un'orbita di prossimità generale selvaggiamente instabile e avere una stella a una certa distanza in orbita attorno al caos caotico nel mezzo, ma non sarebbe stabile a lungo.


Non dimenticare che ci sono nane brune tra i pianeti e le stelle in massa. I pianeti più pesanti sono circa una dozzina di masse di Giove e le stelle più leggere sono poco più di 80 masse di Giove (dall'articolo di Wikipedia sulle nane brune). Ciò significa che avresti bisogno di una sorta di sistema di sette super-Giove per far orbitare una nana rossa. Come userLTK ha chiarito nella risposta accettata, non esiste davvero una configurazione stabile plausibile in cui funzioni.

Posso proporre una configurazione stabile non plausibile, però. In un universo vuoto, o in uno spazio intergalattico profondo, due oggetti possono essere molto distanti e orbitare stabilmente l'uno con l'altro. Quindi, immagina due super-Giove in orbita attorno al loro comune centro di gravità. Lontano da loro, un terzo super-Giove orbita intorno alla coppia. Più precisamente, orbita attorno al comune centro di gravità del sistema a 3 pianeti.

Poiché il sistema è così isolato, possiamo, a meno che non mi sbagli, ripetere il processo all'infinito. Puoi sempre spostarti abbastanza lontano da un ammasso in modo che sia quasi un punto dalla tua prospettiva, quindi orbitare attorno al centro di gravità tra te e quel punto. Usando quel processo, costruisci un sistema con sette o più super-Giove e una nana rossa che orbitano molto lontano.

Se un tale sistema esistesse, lo considererei una prova di ingegneria stellare intenzionale. Una tale catena di orbite perfette è una coincidenza troppo grande.


PIANETAPIANETA

Costruire il sistema solare definitivo parte 6: un sistema con più stelle

In questo post porteremo l'Ultimate Solar System al livello successivo. L'ingrediente chiave che aggiungeremo è la molteplicità. Ci saranno molte stelle in questo sistema, non solo una o due.

Un rapido riassunto. Nella parte 5 abbiamo escogitato due modi diversi di impacchettare i pianeti nella zona abitabile della nostra stella, dove i nostri mondi potrebbero ospitare la vita. Ultimate Solar System 1 includeva solo pianeti simili alla Terra (rocciosi) (in una strana configurazione orbitale). In Ultimate Solar System 2, metà dei mondi simili alla Terra non erano pianeti ma lune di pianeti giganti.

Non potevo scegliere tra questi due ultimi sistemi solari, quindi li ho scelti entrambi. Li ho messi in un sistema stellare binario:

Il sistema solare definitivo. Consiste di due delle nostre stelle scelte che orbitano l'una intorno all'altra a una distanza di circa 100 Unità Astronomiche (1 Unità Astronomica = la distanza Terra-Sole). Ogni stella ospita uno dei nostri ultimi sistemi solari. Post originale qui.

Guardando indietro, non credo che l'Ultimate Solar System fosse abbastanza ambizioso. Certo, abbiamo stipato 60 pianeti possibilmente portatori di vita in un unico sistema. Ma possiamo fare di meglio!

In questo post mi concentrerò su un aspetto del sistema su cui possiamo costruire: aumentare il numero di stelle nel sistema. Mi sono ispirato a un recente post in cui ho generato un sistema in cui un pianeta aveva cinque Soli in cielo (era una serie in 3 parti: vedi qui, qui e qui). Quello che faremo è costruire un sistema contenente molte stelle, ognuna delle quali ha la sua zona abitabile piena di pianeti. Questo ci porta in torbide acque filosofiche perché in che modo dovremmo definire un “sistema planetario”? Salteremo quella discussione, entreremo e costruiremo un nuovo Sistema Solare Ultimate Multiple-Star (se hai un'opinione a riguardo, sentiti libero di lasciare un commento).

Molte stelle hanno stelle compagne. Un sistema binario è semplicemente due stelle che orbitano l'una intorno all'altra. Il nostro sistema solare finale originale formava un sistema binario con le due stelle separate da circa 100 unità astronomiche. Esistono molti sistemi stellari tripli, quadrupli, quintuple e persino sestupli noti. Ad esempio, questo è l'aspetto del sistema Castor a 6 stelle:

Credito: Caetano Julio/NASA JPL.

I sistemi stellari seguono un progetto standard che mantiene stabili le loro orbite. Sono organizzati in una configurazione gerarchica. Ciò significa che ogni serie di orbite è su una scala di dimensioni diverse. Le dimensioni delle orbite delle stelle non vanno da 1-2-3, vanno da 1-10-100. Ogni stella è molto vicina solo a un'altra stella. Dopodiché, le altre stelle sono molto più lontane.

Ecco un cartone animato di un sistema gerarchico a 8 stelle:

Un sistema gerarchico di 8 stelle. I cerchi mostrano i percorsi delle orbite delle stelle. Questa immagine non è in scala. La distanza tra le binarie vicine (la distanza tra a e b, o tra c e d, ecc.) dovrebbe essere circa 10 volte inferiore alla separazione tra coppie di binari vicine (la distanza tra a+b e c+d, o e +f e g+h). Nota tecnica: questo sistema ha un gerarchia di 3 (vedi qui).

Questo sistema è gerarchico perché ogni coppia stretta di stelle (stelle a e b, b e c, ecc.) è molto più vicina l'una all'altra di qualsiasi altra stella (o coppia di stelle). La separazione tra le stelle aeb è molto più piccola della separazione tra le stelle a+b e c+d, che è molto più piccola della separazione tra le stelle a+b+c+d ed e+f+g+h. Diciamo che la separazione tra i binari più vicini è 0,1 unità astronomiche, la separazione tra ogni coppia di binari vicini è 1 unità astronomica e la separazione tra gruppi di 4 stelle è 10 unità astronomiche.

Una configurazione gerarchica può raddoppiare il numero di stelle per ogni ulteriore livello di gerarchia. Ad esempio, iniziamo dal sistema a 8 stelle nell'immagine sopra. Possiamo prendere due sistemi a 8 stelle e metterli in orbita uno intorno all'altro. Dobbiamo assicurarci che la nuova orbita sia molto ampia, circa dieci volte più grande del livello successivo. Nella nostra configurazione, i due sistemi a 8 stelle dovrebbero essere distanti circa 100 unità astronomiche affinché l'intero sistema sia stabile.

Questo sistema è semplicemente due dei sistemi gerarchici a 8 stelle posti in orbita l'uno intorno all'altro. Questo sistema ha un livello gerarchico di 4. Non in scala.

Andiamo avanti. Possiamo infatti prendere due sistemi gerarchici a 16 stelle e metterli in orbita l'uno intorno all'altro. Ora la dimensione dell'orbita più grande è di 1000 unità astronomiche e ci sono 32 stelle nel sistema.

Fino a che punto possiamo andare con questo? Quanto è grande un sistema stellare gerarchico che possiamo ragionevolmente costruire? (Si tratta davvero di tartarughe fino in fondo?) Se un sistema diventa troppo grande, sente i calci gravitazionali della Galassia stessa, delle altre stelle e delle nuvole di gas giganti. Questi calci extra iniziano a cambiare le orbite delle 8217 stelle quando le stelle si trovano a circa 1000 unità astronomiche l'una dall'altra. Le orbite più grandi di circa 100.000 unità astronomiche sono davvero al limite e possono essere rotte quasi in qualsiasi momento.

Ora introduciamo i pianeti in sistemi stellari gerarchici. Per ora non ci preoccuperemo dei pianeti stessi, ma piuttosto solo delle zone abitabili delle stelle.

In contrasto con il nostro pensiero precedente (dalla parte 1 di questa serie), ora il tipo di stella conta davvero. Le stelle più piccole e di massa inferiore sono più deboli, quindi le loro zone abitabili sono più compatte delle zone abitabili di stelle più grandi e massicce. Nella nostra ricerca per aumentare il numero di stelle in un dato sistema, ha senso scegliere stelle di piccola massa, a volte chiamate nane rosse.

Nei sistemi stellari gerarchici sopra, le stelle binarie più vicine erano distanti 0,1 unità astronomiche. Sostituiamo le due stelle in quelle binarie vicine con una stella e la sua zona abitabile. Perché questo si adatti, abbiamo bisogno di stelle le cui zone abitabili distano circa 0,1 unità astronomiche. Questo è 10 volte più vicino della zona abitabile del Sole, il che significa che le stelle che vogliamo sono 100 volte più deboli del Sole. Vogliamo M nani. (Il tipo che è un po' più fresco di Kepler-186). Le nane M sono molto più comuni nella Galassia rispetto alle stelle simili al Sole, quindi ha senso usarle per costruire un sistema stellare.

Dopo il passaggio, ecco come appare il sistema gerarchico a 8 stelle:

Un sistema gerarchico a 4 stelle. Gli anelli verdi, che hanno sostituito le stelle binarie vicine nel sistema gerarchico a 8 stelle, rappresentano la zona abitabile di ogni stella.

Invece di due stelle che orbitano l'una intorno all'altra, le stelle binarie più vicine sono ora M nane orbitate da zone abitabili. Queste zone abitabili sono stabili e possono ospitare pianeti. Torneremo su questo.

Il passaggio successivo consiste semplicemente nell'aggiungere un altro livello di gerarchia. Mettiamo in orbita due sistemi — ciascuno con 4 stelle con zone abitabili stabili —:

Ora siamo fino a 8 stelle, ognuna con una zona abitabile stabile che può ospitare pianeti. Andiamo avanti e aggiungiamo un altro livello e raddoppiamo il numero di stelle un'ultima volta. Ecco cosa otteniamo:

Un sistema gerarchico contenente 16 stelle più vicine di 1000 unità astronomiche. I piccoli cerchi verdi rappresentano la zona abitabile di ogni stella (ce ne sono 16 se guardi da vicino, ma due qualsiasi sono schiacciati insieme a causa dell'intera faccenda gerarchica).

Abbiamo raggiunto il limite. Non possiamo aggiungere un altro livello di gerarchia senza entrare in acque pericolose, con le perturbazioni gravitazionali galattiche che giocano il ruolo del coccodrillo.

Abbiamo l'infrastruttura per il nostro ultimo sistema solare a più stelle. Contiene 16 stelle nane M. La zona abitabile di ogni stella è ben separata da qualsiasi altra stella ed è dinamicamente stabile. Anche con così tante stelle nel sistema, la luce delle altre stelle non ha un effetto apprezzabile sulla zona abitabile, poiché la stella più vicina è 10 volte più lontana e 100 volte più debole.

Riempiamo queste zone abitabili di pianeti! Sappiamo (dalla parte 3 e dalla parte 4 di questa serie) come imballare il maggior numero possibile di pianeti nella zona abitabile mantenendo stabili le loro orbite. Come abbiamo visto nella parte 5, possiamo inserire una trentina di mondi portatori di vita nella zona abitabile (24 in Ultimate Solar System 1 e 36 in Ultimate Solar System 2).

Si è semplicemente tentati di scegliere 16 copie di Ultimate Solar System 2. Ciò darebbe 576 mondi abitabili nel sistema, contro solo 384 se scegliamo 16 copie di Ultimate Solar System 1. Tuttavia, le stelle nane M non hanno così tanti gas pianeti giganti come stelle simili al Sole. Quindi Ultimate Solar System 1 è una scelta più ragionevole di Ultimate Solar System 2 per la maggior parte delle stelle in questo sistema. E finché ci sono alcuni Ultimate Solar System 2 e 8217, il numero di pianeti è ancora superiore a 400. Non troppo malandato.

Ecco come appare il nostro Ultimate Solar System a 16 stelle:

L'ultimo sistema solare a 16 stelle. Ogni cerchio verde è la zona abitabile di una stella. Le stelle nane di 16 M sono disposte in una configurazione gerarchica. La zona abitabile di ogni stella è abbastanza lontana da altre stelle per essere stabile e contiene 24-36 pianeti (vedi qui) per un totale di fino a 576 mondi possibilmente portatori di vita nel sistema.

Ce l'abbiamo fatta! Questo è un grande passo avanti rispetto all'originale Ultimate Solar System, da 60 mondi abitabili a 400 o più! Qualcuno potrebbe dire che è anche “Ultimer”!

SOMMARIO: Abbiamo costruito un sistema gerarchico gigante (di 1000 unità astronomiche) con 16 stelle e zone abitabili stabili. Impacchettando i pianeti in quelle zone abitabili abbiamo creato un sistema contenente più di 400 (e fino a 576) mondi potenzialmente abitabili. Boom!

Immagina le storie da raccontare in un sistema come questo. Battaglie astronomiche che mettono un mondo contro l'altro. Rivalità tra pianeti orbitanti attorno a stelle diverse. Alleanze tra creature su lune, pianeti troiani o pianeti binari. Acquisizioni ostili di pianeti e lune. Immagina un'adorabile banda di vagabondi bruni che esplorano diverse parti del sistema, inseguendo l'avventura mentre fuggono dal loro passato (sto pensando a Firefly, adoro quello spettacolo). Quanto tempo impiegherebbero gli abitanti di un pianeta a scoprire i pianeti in orbita attorno ad altre stelle? Come sarebbe il cielo su questi mondi?

A proposito di narrazione, ho una confessione. Questo post è davvero solo un'impostazione per una storia che racconterò nel prossimo post. Qualcosa di non così allegro si sta preparando nell'Ultimate Solar System… a 16 stelle Continua a leggere per scoprire cosa succede quando un buon sistema planetario va a male.


Sistemi stellari di seconda possibilità

Il 16 settembre, un team di astronomi guidato da Andrew Vanderburg (Università del Wisconsin-Madison) ha annunciato in Natura che avevano scoperto il primo esopianeta intatto in orbita vicino a una nana bianca.

"Non ci aspettavamo di trovare un pianeta intatto", afferma Vanderburg. “Ci aspettavamo di trovare più pianeti che venivano distrutti. Questo sembra aver superato le parti più pericolose della sua evoluzione".

Il pianeta, WD 1856b, si trova a 80 anni luce dalla Terra nella costellazione del Draco. È sette volte più grande del suo ospite e orbita così vicino che transita ogni 1,4 giorni. Ma come ha fatto a sfuggire indenne al caos dell'agonia della sua stella? E in che modo gli studi su questo tipo di mondi potrebbero arricchire il crescente campo della ricerca sugli esopianeti? Vanderburg e i suoi colleghi stimano che il pianeta deve aver avuto origine almeno 50 volte più lontano di quanto non sia ora, prendendo un percorso tortuoso e incredibilmente improbabile fino alla soglia del suo ospite e quindi assicurandosi in qualche modo un'orbita stabile.

"Sappiamo che i pianeti a volte migrano verso l'interno a causa del caldo Giove", afferma Thea Kozakis (Università tecnica della Danimarca), membro del team di uno studio associato pubblicato il 20 settembre. Lettere per riviste astrofisiche.

"Quando abbiamo scoperto questi mondi per la prima volta", dice Kozakis, "non avevamo idea di come potesse accadere, perché i giganti gassosi non possono formarsi così vicino alla stella ospite. Col tempo ci siamo resi conto che si erano formati più lontano, poi si erano spostati».


Sono stati scoperti quattro pianeti massicci in orbita attorno a una giovane stella lontana

I ricercatori hanno identificato una giovane stella con quattro pianeti delle dimensioni di Giove e Saturno in orbita attorno ad essa, la prima volta che sono stati rilevati così tanti pianeti massicci in un sistema così giovane. Il sistema ha anche stabilito un nuovo record per la gamma di orbite più estrema mai osservata: il pianeta più esterno è più di mille volte più lontano dalla stella rispetto a quello più interno, il che solleva interrogativi interessanti su come potrebbe essersi formato un tale sistema.

La stella ha solo due milioni di anni - un "bambino" in termini astronomici - ed è circondata da un enorme disco di polvere e ghiaccio. Questo disco, noto come disco protoplanetario, è il luogo in cui si formano i pianeti, le lune, gli asteroidi e altri oggetti astronomici nei sistemi stellari.

La stella era già nota per essere notevole perché contiene il primo cosiddetto Giove caldo, un pianeta massiccio che orbita molto vicino alla sua stella madre, che è stato scoperto intorno a una stella così giovane. Sebbene il caldo Giove sia stato il primo tipo di esopianeta scoperto, la loro esistenza ha lasciato perplessi gli astronomi perché spesso si pensa che siano troppo vicini alle loro stelle madri per essersi formati in situ.

Ora, un team di ricercatori guidato dall'Università di Cambridge, in Inghilterra, ha utilizzato l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per cercare i "fratelli" planetari di questo neonato caldo di Giove. La loro immagine ha rivelato tre distinti spazi vuoti nel disco, che, secondo la loro modellizzazione teorica, sono stati molto probabilmente causati da altri tre pianeti giganti gassosi anch'essi in orbita attorno alla giovane stella. I loro risultati sono riportati in Le lettere del diario di astrofisica .

La stella, CI Tau, si trova a circa 500 anni luce di distanza in una regione "vivaio" stellare altamente produttiva della galassia. I suoi quattro pianeti differiscono notevolmente nelle loro orbite: il più vicino (il caldo Giove) è all'interno dell'equivalente dell'orbita di Mercurio, mentre il più lontano orbita a una distanza più di tre volte maggiore di quella di Nettuno. I due pianeti esterni hanno circa la massa di Saturno, mentre i due pianeti interni sono rispettivamente circa una e 10 volte la massa di Giove.

Poiché i caldi Giove sono enormi pianeti che orbitano vicino alla loro stella ospite, sono più facili da individuare. Credito immagine: NASA/ESA/G. Pancetta (STScI)/N. Madhusudhan (UC)

La scoperta solleva molte domande per gli astronomi. Circa l'1% delle stelle ospita Giove caldo, ma la maggior parte dei Giove caldi conosciuti sono centinaia di volte più vecchi di CI Tau. "Attualmente è impossibile dire se l'architettura planetaria estrema vista in CI Tau sia comune nei sistemi di Giove caldo perché il modo in cui questi pianeti fratelli sono stati rilevati – attraverso il loro effetto sul disco protoplanetario - non funzionerebbe nei sistemi più vecchi che non hanno più un disco protoplanetario", afferma la professoressa Cathie Clarke dell'Istituto di Astronomia di Cambridge.

Secondo i ricercatori, non è nemmeno chiaro se i pianeti fratelli abbiano avuto un ruolo nel guidare il pianeta più interno nella sua orbita ultra-ravvicinata e se questo sia un meccanismo che funziona nella produzione di Giove incandescente in generale. E un ulteriore mistero è come si siano formati i due pianeti esterni.

"I modelli di formazione dei pianeti tendono a concentrarsi sulla capacità di creare i tipi di pianeti che sono già stati osservati, quindi le nuove scoperte non si adattano necessariamente ai modelli", afferma Clarke. “Si suppone che i pianeti di massa di Saturno si formino accumulando prima un nucleo solido e poi tirando uno strato di gas sopra, ma si suppone che questi processi siano molto lenti a grandi distanze dalla stella. La maggior parte dei modelli farà fatica a creare pianeti di questa massa a questa distanza”.

Il compito che ci attende sarà quello di studiare questo sconcertante sistema a più lunghezze d'onda per ottenere maggiori indizi sulle proprietà del disco e dei suoi pianeti. Nel frattempo, ALMA, il primo telescopio con la capacità di creare immagini di pianeti, probabilmente riserverà ulteriori sorprese in altri sistemi, rimodellando la nostra immagine di come si formano i sistemi planetari.

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Un sistema di sei pianeti danza a tempo al ritmo della gravità

Gli astronomi hanno scoperto un notevole sistema solare, un sistema di pianeti in orbita attorno a una stella vicina. Per prima cosa, ci sono almeno sei pianeti trovati lì. Dall'altro, i cinque pianeti esterni orbitano in sincronia intorno alla stella, muovendosi come ballerini al ritmo della gravità!

La stella si chiama TOI-178, ed è un capello a più di 200 anni luce dalla Terra. TOI è l'acronimo di TESS Object of Interest, una stella con pianeti candidati rilevati dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (rendendo TOI un'abbreviazione con un acronimo incorporato che non è importante, ma per qualche motivo mi fanno sbroccare).

Più cattiva astronomia

TESS cerca cali regolari e periodici nella luce delle stelle che indicano che stiamo vedendo quel pianeta passare direttamente davanti alla sua stella, creando una mini-eclissi, ciò che chiamiamo un transito. Questo accade solo quando vediamo l'orbita di taglio. Ma da lì si può trovare il periodo (l'"anno" del pianeta) e la dimensione del pianeta: un pianeta più grande blocca più luce.

Quando gli astronomi hanno analizzato le osservazioni di TESS di TOI-178, hanno scoperto che ci sono sei pianeti in orbita attorno alla stella e che i cinque pianeti esterni hanno tutti periodi che sono semplici multipli l'uno dell'altro!

I pianeti sono chiamati da TOI-178b a TOI-178g (al primo pianeta scoperto viene dato il nome della stella più una minuscola b). I periodi dei pianeti, in ordine fuori dalla stella e nei giorni terrestri, sono b = 1,91, c = 3,24, d = 6,56, e = 9,96, f = 15,23 e g = 20,71.

Dai un'occhiata a quei numeri: il pianeta d impiega molto vicino al doppio del tempo per orbitare intorno alla stella rispetto al pianeta c, quindi c gira intorno alla stella due volte nel tempo impiegato da d per fare un giro una volta. Il periodo del pianeta e è tre volte quello di c, quindi c gira tre volte per ogni volta che e gira una volta. Il pianeta f fa il giro due volte ogni tre volte il pianeta e e, infine, il pianeta g fa il giro 3 volte ogni quattro volte il pianeta f.

Quando un pianeta ha un periodo che è un multiplo semplice (un numero che può essere espresso come una frazione con due interi, come 2/3 o 5/4) diciamo che sono in risonanza. In questo caso, è un catena di risonanza, con tutti i cinque pianeti esterni che si muovono in periodi multipli semplici.

Questa animazione del sistema TOI-178 riproduce un tono ogni volta che uno dei cinque pianeti esterni completa una metà o un'orbita completa, con un tono diverso per ogni pianeta. Poiché i periodi orbitali dei pianeti sono semplici multipli l'uno dell'altro, gli schemi si ripetono regolarmente. Credito: ESO/L. Calçada

Conosciamo alcuni sistemi come questo TOI-178 porta il numero a 5. In un certo senso si verificano in modo naturale e facile. I pianeti si formano da un disco di gas e polvere attorno alla stella e mentre interagiscono con quel disco le loro orbite cambiano. Tendono ad avvicinarsi lentamente alla stella. Ma mentre ciò accade, possono muoversi in uno schema di risonanza e le loro interazioni gravitazionali tendono a rinforzare quel modello. Se un pianeta si muove un po' troppo velocemente, il pianeta esterno lo tira un po' indietro e viceversa.

D'altra parte, quando hai cinque pianeti in una catena come questa, può essere una cosa delicata se un pianeta è fuori anche solo di un po' può far saltare l'intera danza, e i periodi dei pianeti cambieranno, interrompendo il risonanza. Questo ci dice qualcosa su come si sono formati: deve essere stato un processo relativamente delicato, che ha permesso loro di stabilirsi in queste orbite. Se ci fosse stato un altro grande pianeta che li strattonava, avrebbe interrotto la catena. La stella ha circa 7 miliardi di anni, quindi questo sistema è stabile da molto tempo.

Noterò che questi pianeti sono abbastanza vicini alla loro stella, che è quella che chiamiamo una stella di tipo K, più piccola e più fredda del Sole. Tuttavia, sono molto vicini e tutti cucinati da esso.

Confronto delle dimensioni tra la Terra (a sinistra) e Nettuno (a destra). Credito: NASA / jcpag2012 su wikimedia

I transiti ci dicono anche le dimensioni dei pianeti: in ordine dalla stella, le dimensioni dei pianeti rispetto alla Terra sono b = 1,18, c = 1,71, d = 2,64, e = 2,17, f = 2,38, g = 2,91. Sono tutti più grandi della Terra, ma più piccoli di Nettuno, quindi li chiamiamo super-Terre nella fascia bassa e mini-Nettuno nella fascia più grande. Ma sono tutti confusi. Nel nostro sistema solare, i pianeti più piccoli orbitano più vicini all'interno e i giganti più lontani. Non è il caso qui.

Dispari. Ma c'è di più. Gli astronomi hanno seguito la scoperta con altri telescopi per misurare la velocità riflessa della stella, che ci dice quanto siano massicci i pianeti (mentre orbitano attorno alla stella, la trascinano, facendola girare in uno schema complesso quanto più massiccio è il pianeta più strattona).

Se calcoli la densità dei pianeti (la massa divisa per il volume) è ancora più confuso. In termini di densità della Terra (circa 5,5 grammi per centimetro cubo, o 5,5 volte più denso dell'acqua), nell'ordine i pianeti di TOI-178 sono b = 0,91, c = 0,9, d = 0,15, e = 0,39, f = 0,58, g = 0,19. Quindi i due interni sono un po' meno densi della Terra, ma d è molto meno, con e è molto più denso di d, e f ancora più denso, e quindi g è molto più basso. Sono dappertutto!

Opera d'arte raffigurante il sistema di sei pianeti in orbita attorno alla stella TOI-178. Credito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org

La densità è importante perché ti dice che tipo di pianeta è. I giganti gassosi hanno densità fino a 0,2 Terre circa, e pianeti rocciosi/metallici più vicini a 1. Qui vediamo che sono mescolati nel loro ordine dalla stella, completamente diversamente dal nostro sistema solare. È difficile da spiegare e ce lo sta dicendo qualcosa importante su come si sono formati questi pianeti. Non sappiamo ancora esattamente cosa.

Sono lieto che stiamo trovando tutti questi sistemi così diversi dai nostri. Stavo per chiamarli "strani" prima, ma mi chiedo. Se questo è a soli 200 anni luce di distanza, implica che sistemi come questo sono comuni, sembra che le probabilità che uno sarebbe così vicino se fossero incredibilmente rari.

Può essere stiamo lo strano sistema Penso che sarebbe anche delizioso. Forse sembriamo normali solo perché siamo ciò a cui siamo abituati ed è su questo che basiamo la nostra opinione.

Se c'è una lezione morale lì, perché, forse dovremmo ascoltare di più l'Universo.


Tre enormi pianeti sono stati scoperti in questo bizzarro sistema stellare, scienziati sconcertanti

In una nuova intrigante scoperta, gli astronomi hanno identificato tre enormi pianeti gassosi in orbita attorno a una giovane stella, secondo uno studio pubblicato nel Lettere per riviste astrofisiche. La stella ospitava già un gigante gassoso, portando a quattro il numero totale di grandi mondi orbitanti intorno ad essa.

Non solo è la prima volta che vengono rilevati così tanti pianeti massicci attorno a una stella così giovane, ma il sistema ha anche stabilito un nuovo record per avere la gamma più estrema di orbite conosciute, con il pianeta più esterno più di mille volte più lontano dalla stella. Insieme, questi risultati sollevano interrogativi su come si siano formati tali sistemi.

La stella, conosciuta come CI Tau, ha "solo" due milioni di anni, il che significa che è ancora vicina all'inizio del suo ciclo di vita. Come altre giovani stelle, è circondata da un vasto disco di polvere e ghiaccio, noto come disco protoplanetario, formato da pianeti, lune, asteroidi e altri oggetti astronomici.

Il sistema CI Tau si trova a circa 500 anni luce di distanza in una regione altamente produttiva "vivaio stellare" della galassia ed è già noto per contenere il primo "Giove caldo" attorno a una stella così giovane. Gli Hot Jupiters sono una classe di esopianeti giganti gassosi che orbitano molto vicino alla loro stella ospite, il che di solito significa che hanno temperature superficiali incredibilmente elevate. L'esistenza di questi pianeti ha lasciato perplessi gli astronomi perché si pensa che siano troppo vicini alle loro stelle per essersi formati nelle loro posizioni attuali.

Utilizzando l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), il team ha identificato tre distinte lacune nel disco protoplanetario, che la modellizzazione teorica suggerisce sono state causate da tre pianeti giganti gassosi in orbita attorno alla stella, oltre al già noto Giove caldo.

Questi quattro pianeti hanno una gamma di masse e quasi dalla massa di Saturno a 10 volte quella di Giove e hanno orbite molto diverse. Il più vicino è il caldo Giove, che è più vicino alla stella di quanto Mercurio sia al nostro Sole. Nel frattempo, i due pianeti più lontani orbitano a una distanza più di tre volte maggiore di quella di Nettuno.

Queste proprietà del sistema lo rendono particolarmente sconcertante e interessante per gli astronomi, soprattutto in considerazione del fatto che l'uno per cento delle stelle che ospitano Giove caldi tende ad essere centinaia di volte più vecchio di CI Tau.

"Attualmente è impossibile dire se l'architettura planetaria estrema vista in CI Tau sia comune nei sistemi caldi di Giove perché il modo in cui questi pianeti fratelli sono stati rilevati e attraverso il loro effetto sul disco protoplanetario e non funzionerebbe nei sistemi più vecchi che non hanno più un disco protoplanetario, "Cathie Clarke dell'Institute of Astronomy dell'Università di Cambridge, la prima autrice dello studio, ha dichiarato in una nota.

Inoltre, non è chiaro se i tre mondi appena rilevati abbiano contribuito a spingere il caldo Giove nella sua orbita molto vicina e se questo processo è comune tra tali pianeti. Inoltre, i ricercatori non sono stati in grado di spiegare come si siano formati i pianeti esterni.

"I modelli di formazione dei pianeti tendono a concentrarsi sulla capacità di creare i tipi di pianeti che sono già stati osservati, quindi le nuove scoperte non si adattano necessariamente ai modelli", ha affermato Clarke. "Si suppone che i pianeti di massa di Saturno si formino accumulando prima un nucleo solido e poi tirando uno strato di gas sopra, ma si suppone che questi processi siano molto lenti a grandi distanze dalla stella. La maggior parte dei modelli farà fatica a creare pianeti di questo massa a questa distanza."

The next steps for the researchers will be to further investigate this puzzling star system at multiple wavelengths using ALMA in an attempt to unravel more of its secrets.


5 planets found in unusual rhythmic dance around a star 200 light-years away

Astronomers have discovered a planetary system including six planets and it’s not quite like anything they’ve seen before. The system could challenge the theories scientists have about how planets form and change over time.

Our solar system is just one of many planetary systems, and so far, no two systems are alike. The systems vary in the number and type of planets they contain.

About 200 light-years away from us is the star TOI-178, found in the Sculptor constellation. The research team initially thought there were only two stars orbiting the planet.

A closer look revealed something else entirely.

“Through further observations we realized that there were not two planets orbiting the star at roughly the same distance from it, but rather multiple planets in a very special configuration,” said lead study author Adrien Leleu, a CHEOPS fellow at the University of Bern, Switzerland, in a statement. (CHEOPS stands for the European Space Agency’s CHaracterizing ExOPlanet Satellite.)

The study published Monday in the journal Astronomy & Astrophysics.

Five of the six planets are essentially locked in a rare rhythmic orbit around the stars, creating a resonance. This means that some of the planets are actually aligned every few orbits and that there are discernible patterns as the planets complete their orbits.

This happens around Jupiter in our solar system as three of its moons, Io, Europa and Ganymede, orbit the gas giant. Io is the closest of the three moons. For every four orbits it completes around Jupiter, Europa completes two and Ganymede completes one. This creates a 4:2:1 pattern.

The resonant orbits of the TOI-178 system are more complicated. It’s one of the longest resonant chains found in a planetary system, the researchers said.

The five outer planets of the system follow this pattern: 18:9:6:4:3.

That means for every 18 orbits of the second closest planet to the star, the third planet completes 9.

A chain of resonance can reveal information about how a planetary system forms and evolves and what it was like in the past.

“The orbits in this system are very well ordered, which tells us that this system has evolved quite gently since its birth,” said study coauthor Yann Alibert, an affiliated professor of astrophysics at the University of Bern, in a statement.

Planetary systems can be volatile places in their early days and disruptions caused by the gravitational influence of large planets can disrupt and kick out others. Other times, impacts between planets or other objects can disrupt systems.

This system has been preserved, hence the resonant orbits. However, the densities of the planets are not well ordered, the researchers said.

“It appears there is a planet as dense as the Earth right next to a very fluffy planet with half the density of Neptune, followed by a planet with the density of Neptune. It is not what we are used to,” said study coauthor Nathan Hara, a postdoctoral researcher and CHEOPS fellow at the Université de Genève, in a statement.

The planets in our solar system are arranged with more dense, rocky planets closest to the sun, while the lower density gaseous planets are farther away.

“This contrast between the rhythmic harmony of the orbital motion and the disorderly densities certainly challenges our understanding of the formation and evolution of planetary systems,” Leleu said.

Multiple telescopes were used to study the system, including the CHEOPS satellite and multiple ground-based telescopes at the European Southern Observatory in Chile.

Exoplanets are difficult to observe directly, but the scientists used two methods to observe them. These methods include radial velocity, or observing starlight for telltale wobbles as planets move around a star in orbit, and transiting, or dips in starlight as planets pass in front of stars.

Both techniques revealed that the planets are much closer and in quicker orbits around their star than Earth is to the sun. For example, the closest planet to the star completes a full orbit in a couple of Earth days the farthest takes about 10 times that.

The planets range in type, including rocky and larger than Earth, known as super-Earths, as well as gaseous planets smaller than those in our solar system, called mini-Neptunes.

While the planets are between one to three times the size of Earth, their masses are 1.5 to 30 times that of Earth.

None of the planets are considered to be in the habitable zone of the star, or the perfect distance from the host star where these planets could support liquid water, or life, on their surfaces.

However, more observations of this system could reveal more planets orbiting the star that are in that zone. Future telescopes will be able to directly image some of these exoplanets and peer into their atmospheres, revealing more of the TOI-178 system’s secrets.


Ask Ethan: Can Two Planets Share The Same Orbit?

Despite the dangers an occasional comet or asteroid strike might bring, our Solar System is actually wonderfully stable place, with all eight planets expected to remain in their orbits, stably, for as long as the Sun lives. But are all solar systems this way? After sifting through our questions and suggestions for Ask Ethan this week, I selected this outstanding question by Dee Hurley:

Is it possible to have a solar system with two planets sharing the same orbit?

It's a really good question, and our own Solar System offers some clues to the answer.

Image credit: Wikimedia Commons user WP.

According to the International Astronomical Union (IAU), there are three things an orbiting body needs to do in order to be a planet:

  1. It needs to be in hydrostatic equilibrium, or have enough gravity to pull it into a spherical shape. (Plus whatever rotational effects distort it.)
  2. It needs to orbit the Sun and non any other body (like another planet).
  3. And it needs to clear its orbit of any planetesimals or planetary competitors.

This last definition, strictly speaking, rules out two planets sharing the same orbit, since the orbit wouldn't be cleared if there were two of them.

Image credit: NASA/Ames/JPL-Caltech.

But why worry about technical definitions? Let's worry, instead, about whether it would be possible to have two Earth-like planets that share the same orbit around their star. The big worry, of course, is gravitation, which can ruin a dual orbit in one of two ways: either a gravitational interaction can "kick" one of the planets very hard, either sending it into the sun or out of the solar system, or the mutual gravitational attraction of the two planets can cause them to merge, resulting in a spectacular collision.

Image credit: NASA/JPL-Caltech.

This latter case is, in fact, something that happened to Earth when the Solar System was only a few tens of millions of years old! The collision resulted in the formation of our Moon, and very likely caused a major resurfacing event on our planet.

Two planets don't do a great job of occupying the same exact orbit, because there's no such thing as true stability in these cases. The best you can do is hope for a quasi-stable orbit, meaning that while, technically, on infinitely long timescales, everything is unstable, you può obtain configurations that last billions of years before one of these two "bad" things occurs. And for that, I want to introduce you to a concept: Lagrange points.

Image credit: NASA and the WMAP science team, via . [+] http://map.gsfc.nasa.gov/mission/observatory_l2.html.

If you only considered two masses -- the Sun and a single planet -- there are five points (known as Lagrange points) around each one where the gravitational effects of the Sun and the planet cancel out, and all three bodies move in a stable orbit forever. Unfortunately, only two of these Lagrange points, L4 and L5, are stable anything that starts out at the other three (L1, L2, or L3) will unstably move away, and wind up colliding with the planet or getting ejected.

But L4 and L5 are the points around which asteroids collect. The gas giant worlds all have thousands, but even Earth has one: the asteroid 3753 Cruithne, which is presently in a quasi-stable orbit with our world!

Although this asteroid in particular isn't stable on billion-year timescales, it is definitely possible for two planets to share an orbit just like this. It's also possible to have a binary planet, which would be a lot like the Earth/Moon system (or the Pluto/Charon system), except with no clear "winner" as to who's the planet and who's the moon. If you had a system where two planets were comparable in mass/size, and only separated by a short distance, you could have what's known as either a binary or double planet system. Recent studies indicate that this is, in fact, possible.

But there's one more way to do it, and this is something you might not have thought was stable: you can have two planets in two separate orbits, one interior to the other, where the orbits swap periodically as the inner world overtakes the outer world. You might think this is crazy, but our Solar System has an example where this happens: two of Saturn's Moons, Epimetheus and Janus

Every four years, whichever moon is interior (closer to Saturn) comes to overtake the exterior one, and their mutual gravitational pull causes the inner moon to move outward, while the outer moon moves inward, and they swap.

Image credit: Emily Lakdawalla, 2006, via . [+] http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2006/janus-epimetheus-swap.html/.

Over the past 25 years, we've observe these two moons dance quite a bit, and as far as we can tell, this configuration is stable over the lifetime of our Solar System. In other words, it's totally conceivable that we'd have a planetary system somewhere in our galaxy with two planets (rather than moons) that do exactly this!

Image credit: NASA / JPL / David Seal.

The unfortunate news, at least for now, is that out of the thousands of discovered planets around other stars, we don't have any binary planet candidates yet. (You may have heard of one a few years ago, but it was retracted.) Of course, our technology hasn't progressed to the point where we've discovered moons around exoplanets yet, either, and yet we fully expect them to be there.

The reality is that these orbit-sharing circumstances are expected to be rare, but not so exceedingly rare that we don't expect to see it mai. Give us a better planet-finding telescope, a million stars and about 10 years, and I'd be willing to bet we'd find examples of all three cases of planet-sharing orbits. The laws of gravity and our simulations tell us they ought to be there. The only step left is to find them.


Gas Giants Bounce Around — and Collide — in Alien Solar Systems

Gas giants around other stars often travel along highly-elliptical orbits, contrary to common thought, and massive collisions and interactions between gas giants may be to blame, a new study finds. The Cosmic Companion talks to lead researcher Renata Frelikh of UC Santa Cruz.

M ore than 4,000 worlds are now known to orbit stars other than our sun, and a fraction of these are giant worlds, like Jupiter and Saturn, orbiting close to their parent star. Basic laws of physics (as well as common intuition) would indicate that such a world should have a largely-circular orbits, due to the forces acting on the bodies.

Observations of large exoplanets near their stars, however, reveal just the opposite — that many of these worlds are tracing out highly-elliptical orbits as they race around the stellar companion.

“A giant planet is not as easily scattered into an eccentric orbit as a smaller planet, but if there are multiple giant planets close to the host star, their gravitational interactions are more likely scatter them into eccentric orbits,” Renata Frelikh, a graduate student in astronomy and astrophysics at UC Santa Cruz, stated in a press release from UC Santa Cruz.

Get Together or Go Rogue

A new series of simulations show that massive planets which formed close to stars can interact with each other, radically altering each other’s orbits. Durante un giants-impact phase of planetary evolution, massive planets collide, building up even larger worlds. Our own Moon was likely formed as our budding solar system passed through this stage of development billions of years ago.

“Exoplanetary systems host giant planets on substantially noncircular, close-in orbits. We propose that these eccentricities arise in a phase of giant impacts, analogous to the final stage of solar system assembly that formed Earth’s Moon,” researchers describe in an article published in Lettere per riviste astrofisiche.

Some gravitational interactions between massive worlds are capable of sending planets out of their solar system, to soar free among the stars as rogue planets.

As inertia rises with mass, it should be harder to alter the orbit of a more massive world than it would be to act on a smaller world. So, large worlds close to their local stars should tend to trace out near-circular orbits.

Smaller planets should, therefore, be more susceptible to this gravitational scattering than larger worlds. But, astronomers have detected giant worlds tracing out highly-elliptical paths around their parent star(s). These patterns are far different than that seen among our own family of worlds, where the inner solar system is filled with small planets, traveling along highly-circular orbits.

“Gas giant planets with orbital periods less than 400 days occur around about 5% of stars… We call these planets warm Jupiters,” Frelikh explains.

Exoplanets are usually found using one of two techniques. In systems where exoplanets travel in front of their star as seen from Earth, light from that star appears to dim as the planet passes between its sun and our home world. A regular pattern of dimming and brightening, unrelated to stellar processes, can reveal the presence of an exoplanet. The radial velocity method looks at the tiny gravitational tug a planet has on it’s parent star as a tell-tale sign of an alien world.

Using either of these methods, it is easier to find massive worlds close to their Sun. Highly-elliptical orbits also assist astronomers in finding gravitational pulls from undiscovered worlds, but this method works best for exoplanets close to their parent stars.

“It becomes difficult to detect planets this way beyond the distance of about Jupiter from the Sun. Planets smaller than Neptune are actually thought to be the most common type of exoplanet, but, especially at larger distances from the star, they become a lot harder to detect. The most massive planets would initially appear to be more common to us, and this is why when working with observational data sets it is crucial to consider the observational biases,” Frelikh tells The Cosmic Companion.

Practically A Planetary Mosh Pit

The team created a computer model based on a system containing 10 worlds. The total mass of each planet, as well as the total mass of the solar system, was altered each time a different simulation was conducted. Each simulation was run for 20 million (simulated!) years.

The planets modeled during this virtual investigation were much like Jupiter or Saturn, holding on to vast quantities of gases. Smaller worlds orbiting close to their stars can lose their atmospheres to space due to pressure coming from the nearby star. However, massive planets like the ones modeled in this study are able to retain their atmospheric cover.

“They will not lose a substantial amount of their atmospheres over their lifetimes because they are massive enough and far enough away from their host stars. For Jupiter-sized planets, atmospheric escape can become significant when they are extremely close to their host stars (closer than the orbit of Mercury from our Sun),” Frelikh describes for our readers.

Simulations showed planets interacting with each other and colliding, often forming larger bodies which continued to orbit near their parent star.

The largest planets produced in the simulations were produced at distances from the star between one and eight times greater than the distance between the Earth and Sun.

The final results of the study showed the systems with the greatest amount of total mass produced the largest worlds near the central star, and those planets had the greatest eccentricities seen in the virtual model.

This finding helps to answer mysteries of exoplanets, and could help researchers better model climates of distant worlds, some of which may be home to life.

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Two exoplanet families redefine what planetary systems can look like

Astronomers expect dense planets to lie close to a star and fluffy planets farther away. But TOI-178’s six worlds, shown in this artist’s illustration, are all jumbled up.

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February 5, 2021 at 6:00 am

Two tightly packed families of exoplanets are pushing the boundaries of what a planetary system can look like. New studies of the makeup of worlds orbiting two different stars show a wide range of planetary possibilities, all of them different from our solar system.

“When we study multiplanet systems, there’s simply more information kept in these systems” than any single planet by itself, says geophysicist Caroline Dorn of the University of Zurich. Studying the planets together “tells us about the diversity within a system that we can’t get from looking at individual planets.”

Dorn and colleagues studied an old favorite planetary system called TRAPPIST-1, which hosts seven Earth-sized planets orbiting a small dim star about 40 light-years away. Another team studied a recently identified system called TOI-178, which has at least six planets — three already known and three newly found — circling a bright, hot star roughly 200 light-years away.

Both systems offer planetary scientists an advantage over the more than 3,000 other exoplanet families spotted to date: All seven planets in TRAPPIST-1 and all six in TOI-178 have well-known masses and radii. That means planetary scientists can figure out their densities, a clue to the planets’ composition (SN: 5/11/18).

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The two systems also offer another advantage: The planets are packed in so close to their stars that most are engaged in a delicate orbital dance called a resonance chain. Every time an outer planet completes an orbit around its star, some of its closer-in sibling planets complete multiple orbits.

Resonance chains are fragile arrangements, and knocking a planet even slightly out of its orbit can destroy them. That means the TRAPPIST-1 and TOI-178 systems must have formed slowly and gently, says astronomer Adrien Leleu of the University of Geneva.

“We don’t think there could have been giant impacts, or strong interactions where one planet ejected another planet,” Leleu says. That gentle evolution gives astronomers a unique opportunity to use TRAPPIST-1 and TOI-178 as testbeds for planetary theory.

In a pair of papers, two teams describe these systems in unprecedented detail. Both buck the trend astronomers expected from theories of how planetary systems form.

In the TOI-178 system, the planets’ densities are all jumbled up, Leleu and colleagues report January 25 in Astronomia e astrofisica.

“In the most vanilla scenario, we expect that planets farther from the star…would have larger components of hydrogen and helium gas than the planets closer in,” says astrophysicist Leslie Rogers of the University of Chicago, who was not involved in either study. The closer to the star, the denser a planet should be. That’s because farther-out planets probably formed where it’s cold, and there was more low-density material like frozen water, rather than rock, to begin with. Plus, starlight can strip atmospheres from close-in planets more easily than far-out ones, leaving the inner planets with thinner atmospheres — or no atmospheres at all (SN: 7/1/20).

TOI-178 flouts that trend entirely. The innermost planets seem to be rocky, with densities similar to Earth’s. The third one is “very fluffy,” Leleu says, with a density like Jupiter’s, but in a much smaller planet. The next planet out has a density like Neptune’s, about one-third Earth’s density. Then, there’s one with about 60 percent Earth’s density, still fluffy enough to float if you could put it in a tub of water, and the final planet is Jupiter-like.

“The orbits seem to point out that there was no strong evolution from [the system’s] formation,” Leleu says. “But the compositions are not what we would have expected from a gentle formation in the disk.”

TRAPPIST-1’s planet septet, on the other hand, has an eerie self-similarity. Each world is roughly the same size as Earth, between 0.76 and 1.13 times Earth’s radius, astrophysicist Eric Agol of the University of Washington in Seattle and colleagues reported in 2017 (SN: 2/22/17). Plus, at least three of them appear to be in the star’s habitable zone, the region where temperatures might be right for liquid water.

Now, Agol, Dorn and colleagues have made the most precise measurements of the TRAPPIST-1 masses yet. All seven worlds are almost identical to each other but slightly less dense than Earth, the team reports in the February Planetary Science Journal. That means the planets could be rocky yet have a lower proportion of heavy elements such as iron compared with Earth. Or it could mean they have more oxygen bound to the iron in their rocks, “basically rusting it,” Agol says.

TRAPPIST-1’s seven planets seem to have similar compositions to each other, but different from Earth. They could have an Earthlike makeup but with a smaller iron-rich core (center), or have no core at all (left). They could also have deep oceans (right), but the inner three planets are probably too hot for that much water to last. JPL-Caltech/NASA

TRAPPIST-1’s seven planets seem to have similar compositions to each other, but different from Earth. They could have an Earthlike makeup but with a smaller iron-rich core (center), or have no core at all (left). They could also have deep oceans (right), but the inner three planets are probably too hot for that much water to last. JPL-Caltech/NASA

Oxidized iron wouldn’t form a planetary core, which could be bad news for life, Rogers says. No core might mean no magnetic field to protect the planets from the star’s damaging flares (SN: 3/5/18).

However, it’s not clear how to form coreless planets. “There are propositions for how to form such planets, but we don’t actually have one candidate in the solar system where we see this,” Dorn says. The analogs in the solar system are all asteroid-sized bodies much less massive than Earth.

Astronomers may soon get a better handle on the compositions of TRAPPIST-1’s planets. The James Webb Space Telescope, set to launch in October, will probe the planets’ atmospheres (if they have any) for signs of chemical elements that would reveal in more detail what they’re made of.

The TRAPPIST-1 planets’ similarities to each other are not as surprising as the differences among TOI-178’s planets, Rogers says. But they’re still unexpected. If all the planets have identical compositions, then any formation model needs to explain that, she says.

While these systems challenge astronomers’ views of what sorts of planets are possible, Dorn says, it will take discovering more multiplanet systems to tell how weird they truly are.


Guarda il video: Apakah Galaxy Mengorbit Sesuatu? (Gennaio 2022).