リズミカルな動きを伴う不可解な6つの太陽系外惑星

重くても地球の8倍以下の惑星系だから成り立つ共鳴関係で、質量が100倍だと今頃残っている惑星は2個。それにしてもミニ海王星が複数個ある惑星系ってどんなんかな？以下、機械翻訳。観測から予想される密度から見て内側の2個が岩石惑星で外側の４個がミニ海王星。とはいうものの外側から2番目は質量8倍で密度３ｇ/ｃｍ＾３台とスーパーアースに分類した方がしっくりくる。eso2102 —サイエンスリリース
リズミカルな動きを伴う不可解な6つの太陽系外惑星システムは、惑星がどのように形成されるかについての理論に挑戦します
2021年1月25日
ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡（ESOのVLT）を含む望遠鏡の組み合わせを使用して、天文学者は6つの太陽系外惑星からなるシステムを明らかにしました。そのうちの5つは、中心の星の周りでまれなリズムでロックされています。研究者たちは、このシステムが、太陽系の惑星を含む惑星がどのように形成され、進化するかについての重要な手がかりを提供できると信じています。
チームが彫刻家の星座で約200光年離れた星であるTOI-178を初めて観測したとき、彼らは同じ軌道でその周りを回っている2つの惑星を見つけたと思いました。しかし、よく見るとまったく違うことがわかりました。「さらなる観測を通じて、星からほぼ同じ距離で星を周回する2つの惑星ではなく、非常に特殊な構成の複数の惑星があることがわかりました」と、ジュネーブ大学とスイスのベルン大学のエイドリアン・レリューは言います。本日Astronomy＆Astrophysicsに発表されたシステムの新しい研究を主導したのは誰ですか。
新しい研究により、このシステムは6つの太陽系外惑星を誇り、星に最も近い太陽系外惑星を除くすべてが、軌道を移動するときにリズミカルなダンスに閉じ込められていることが明らかになりました。言い換えれば、それらは共鳴しています。これは、惑星が星の周りを回るときに繰り返されるパターンがあり、いくつかの惑星がいくつかの軌道ごとに整列していることを意味します。同様の共鳴は、木星の3つの衛星、イオ、エウロパ、ガニメデの軌道でも観察されます。木星に最も近い3つの軌道であるイオは、最も遠いガニメデが作るすべての軌道について木星の周りの4つの完全な軌道を完了し、エウロパが作るすべての軌道に対して2つの完全な軌道を完了します。
TOI-178システムの5つの外側の太陽系外惑星は、はるかに複雑な共鳴の連鎖をたどります。これは、惑星のシステムでこれまでに発見された中で最も長いものの1つです。3つの木星衛星が4：2：1の共鳴状態にある間、TOI-178システムの5つの外側の惑星は、18：9：6：4：3の連鎖に従います。一方、星から2番目の惑星（共鳴チェーン）は18軌道を完了し、星から3番目の惑星（チェーンの2番目）は9軌道を完了します。実際、科学者は当初、システム内に5つの惑星しか発見しませんでしたが、この共鳴リズムに従って、次にシステムを観測するためのウィンドウがあったときに、軌道上のどこに追加の惑星があるかを計算しました。
単なる軌道の好奇心以上に、この共鳴する惑星のダンスは、システムの過去についての手がかりを提供します。「このシステムの軌道は非常によく整理されており、このシステムは誕生以来非常に穏やかに進化してきました」と、ベルン大学の共著者であるYannAlibertは説明します。システムがその寿命の早い段階で、たとえば巨大な衝撃によって著しく乱されていたとしたら、この壊れやすい軌道構成は生き残れなかっただろう。

リズミカルなシステムの障害
しかし、軌道の配置がきちんと整頓されていても、惑星の密度は「はるかに無秩序です」と、同じく研究に関与したスイスのジュネーブ大学のネイサン・ハラは言います。「海王星の半分の密度の非常にふわふわした惑星のすぐ隣に、地球と同じくらい密度の高い惑星があり、続いて海王星の密度の惑星があるようです。それは私たちが慣れているものではありません。たとえば、私たちの太陽系では、惑星はきちんと配置されており、岩が多く密度の高い惑星が中央の星に近く、ふわふわした低密度のガス惑星が遠くにあります。
「軌道運動のリズミカルな調和と無秩序な密度の間のこのコントラストは、惑星系の形成と進化の理解に確かに挑戦します」とLeleuは言います。

テクニックの組み合わせ
システムの異常なアーキテクチャを調査するために、チームは、ESOのVLTとNGTSおよびSPECULOOSの地上ベースのESPRESSO機器とともに、欧州宇宙機関のCHEOPS衛星からのデータを使用しました。、どちらもチリのESOのパラナル天文台に設置されています。太陽系外惑星は望遠鏡で直接見つけるのが非常に難しいため、天文学者は代わりに他の技術に頼ってそれらを検出する必要があります。使用される主な方法は、トランジットのイメージング（太陽系外惑星が地球から観測されたときに太陽系外惑星がその前を通過するときに暗くなる中央の星から放出される光を観測すること）と視線速度（星の光スペクトルを観測して、次のように発生するぐらつきの小さな兆候がないか）です。太陽系外惑星は軌道上を移動します。チームは両方の方法を使用してシステムを観察しました。トランジットにはCHEOPS、NGTS、SPECULOOS、視線速度にはESPRESSOです。
2つの技術を組み合わせることにより、天文学者は、地球が太陽を周回するよりもはるかに近く、はるかに速く中心星を周回するシステムとその惑星に関する重要な情報を収集することができました。最も速い（最も内側の惑星）はわずか数日で軌道を完了しますが、最も遅いものは約10倍長くかかります。6つの惑星のサイズは地球の約1倍から約3倍の範囲で、その質量は地球の1.5倍から8倍です。いくつかの惑星は岩だらけですが、地球よりも大きいです—これらの惑星はスーパーアースとして知られています。他のものは私たちの太陽系の外側の惑星のようなガス惑星ですが、それらははるかに小さいです—これらはミニネプチューンと呼ばれています。
発見された6つの太陽系外惑星のいずれも星のハビタブルゾーンにありませんが、研究者は、共鳴連鎖を継続することによって、このゾーン内または非常に近くに存在する可能性のある追加の惑星を見つける可能性があることを示唆しています。この10年間に運用を開始する予定の、ESOの超大型望遠鏡（ELT）は、星のハビタブルゾーンにある岩の多い太陽系外惑星を直接画像化し、その大気を特徴づけることさえできます。これにより、TOI-178のようなシステムを詳細。
編集（訂正、2021年2月4日）：このプレスリリースの以前のバージョンは、システム内の惑星の質量が地球の質量の1.5〜30倍の範囲であると誤って述べていました。惑星の質量は地球の1.5倍から8倍です。

詳しくは
この研究は、紙「で提示された6個の通過する惑星とTOI-178におけるラプラス共鳴のチェーンに表示されるように、」天文学＆宇宙物理学（DOI：10.1051 / 0004から6361/202039767） 。

Technologies and Astrophysics Research [STAR] Institute、UniversitédeLiège、ベルギー、UNIGE）、ODS Demangeon（IA）、B.-O。Demory（CSH）、P。DiMarcantonio（INAF Trieste）、G。Di。Persio（INAF、Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali、ローマ、イタリア）、X。Dumusque（UNIGE）、D。Ehrenreich（UNIGE）、A。Erikson（Institute of Planetary Research、DLR）、P。Figueira（InstitutodeAstrofísicae CiênciasdoEspaço、Universidade do Porto、ESO Vitacura）、A。Fortier（ベルン、CSH）、L。Fossato（宇宙研究所、オーストリア科学アカデミー、グラズ、オーストリア[IWF]）、M。Fridlund（ライデン天文台、大学）オランダ、ライデン、チャーマーズ工科大学、スウェーデン、オンサラ宇宙天文台[Chalmers]）、D。Futyan（UNIGE）、D。Gandolfi（Dipartimento di Fisica、UniversitàdegliStudi di Torino、イタリア）、

ESOは、ヨーロッパで最も重要な政府間天文学組織であり、世界で最も生産性の高い地上の天文台です。オーストリア、ベルギー、チェコ共和国、デンマーク、フランス、フィンランド、ドイツ、アイルランド、イタリア、オランダ、ポーランド、ポルトガル、スペイン、スウェーデン、スイス、英国の16の加盟国と、開催国のチリがあります。戦略的パートナーとしてオーストラリアと。ESOは、天文学者が重要な科学的発見を行えるようにする強力な地上観測施設の設計、建設、運用に焦点を当てた野心的なプログラムを実施しています。ESOはまた、天文学研究における協力の促進と組織化において主導的な役割を果たしています。ESOは、チリで3つのユニークな世界クラスの観測サイト、La Silla、Paranal、Chajnantorを運営しています。パラナルでは、ESOは、超大型望遠鏡とその世界をリードする超大型望遠鏡干渉計、および2つの調査望遠鏡（赤外線および可視光VLTサーベイ望遠鏡で動作するVISTA）を運用しています。また、パラナルESOでは、世界最大で最も感度の高いガンマ線観測所であるチェレンコフ望遠鏡アレイサウスをホストおよび運用します。ESOは、チャナントールの2つの施設、APEXとALMAの主要なパートナーでもあり、現存する最大の天文プロジェクトです。また、パラナルに近いセロアルマソネスでは、ESOが39メートルの超大型望遠鏡ELTを構築しています。これは、「世界最大の空の目」となるでしょう。また、パラナルESOでは、世界最大で最も感度の高いガンマ線観測所であるチェレンコフ望遠鏡アレイサウスをホストおよび運用します。ESOは、チャナントールの2つの施設、APEXとALMAの主要なパートナーでもあり、現存する最大の天文プロジェクトです。また、パラナルに近いセロアルマソネスでは、ESOが39メートルの超大型望遠鏡ELTを構築しています。これは、「世界最大の空の目」となるでしょう。また、パラナルESOでは、世界最大で最も感度の高いガンマ線観測所であるチェレンコフ望遠鏡アレイサウスをホストおよび運用します。ESOは、チャナントールの2つの施設、APEXとALMAの主要なパートナーでもあり、現存する最大の天文プロジェクトです。また、パラナルに近いセロアルマソネスでは、ESOが39メートルの超大型望遠鏡ELTを構築しています。これは、「世界最大の空の目」となるでしょう。

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研究論文
VLTの写真
科学者の場合：ストーリーがありますか？あなたの研究を売り込む

TOI-178の軌道と共鳴のアーティストのアニメーション（音が鳴ります！）



図1：セクション2および4.1.1で説明したTESSセクター2の光度曲線。 バインドされていないデータは灰色の点で表示されます。
30分のビンのデータは黒丸で表示されます。 システムに最適なトランジットモデルは黒で示されています。
表3および4に示す関連パラメーター値を使用します。トランジットの位置は色付きでマークされています
伝説によると行。 中央セクターギャップの前後の測光は、上部と下部に示されています
それぞれパネル。 惑星f（太い青緑色の線）の最初の通過が正確に2つの通過の間に起こったので
同様のサイズの惑星g（20.71 dの周期-赤い線）、3つのトランジットは元々次の理由で発生したと考えられていました
もともとTOI-178.02と指定されていた10。35日周期の単一惑星（セクション2を参照）。


図2：セクション4.1.3と4.1.4でそれぞれ説明されている、NGTS（緑色の星）とSPECULOOS-South（紫色の三角形）によるTOI178の同時観測からの光度曲線。 バインドされていないデータは灰色の点で表示され、
15分のビンは、緑色の星（NGTS）と紫色の三角形（SPECULOOS）として表示されます。 観測はに発生しました
2019年9月11日（上部パネル）および2019年10月12日（下部パネル）。 トランジットモデルは黒で表示されます。 候補TOI-178.02の奇数トランジットの位置が表示されます
赤い破線で、惑星gの通過（TOI-178.02の偶数通過に対応）は、
赤い実線、および惑星bの通過はで示されています
紫色の線。


図3：最初の2つの異なるデータフレームのCHEOPS Fieldof-Viewの80×80秒角の抽出（上）
2回目の訪問の終了（下）（表2を参照）。ザ・TOI-178 PSFは、デフォルトで中央に表示されます
黒の破線で表されるDRP測光アパーチャサークル。 近くに現れた電信ピクセルの位置
観測の終わりまでは赤い円でマークされています。


図4：図1と同様ですが、代わりに4.1.2で説明した4回のCHEOPS訪問からのデータを表示します。 トップパネル：11 d
観察。 〜2459075 BJDでの惑星cとdの通過は、対応する線を個別にするには近すぎます。
図に表示されます。 左下のパネル：20.7の惑星の存在を確認するために予定されているその後の観測
惑星eの通過と重なるd期間（惑星g）。 右下のパネル：確認する予定の最終観測
ラプラス共鳴に適合する惑星の存在（惑星f、周期は約15.23 d）、これは重複しています
惑星の通過を伴うb。