Entdeckung von etwas noch nie Dagewesenem: 6 Planeten in perfekter Harmonie synchronisiert!

Sechs Planeten umkreisen ihren Zentralstern mit einer beispiellosen Geschwindigkeit - ein seltener Fall einer "synchronisierten" Gravitationsschleuse, der tiefe Einblicke in die Entstehung und Entwicklung von Planeten bieten könnte.

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Künstlerische Darstellung des Planetensystems HD 110067. Kredit: NASA

Planeten mit Größen zwischen Erde und Neptun, bekannt als Sub-Neptun, umkreisen mehr als die Hälfte aller Sterne, die der Sonne ähnlich sind. Ihre Zusammensetzung, Entstehung und Entwicklung bleiben jedoch ein Rätsel.

Die Erforschung multiplanetarer Systeme bietet die Möglichkeit, die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu erforschen und gleichzeitig die Anfangsbedingungen und die Umwelt zu messen.

Diejenigen, die in Resonanz sind (deren Perioden in einem ganzzahligen Verhältnis synchronisiert sind) sind besonders wertvoll, weil sie darauf hindeuten, dass das System seit seiner Geburt praktisch keine Veränderungen erfahren hat.

Neue Forschungsergebnisse, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, zeigen Beobachtungen von sechs Planeten, die den Stern HD 110067 umkreisen. Zunächst wurde anhand der drei nächstgelegenen Planeten eine Vorhersage für die übrigen drei Planeten getroffen und festgestellt, dass die Planeten resonante Bahnen haben.

Resonante Systeme

Obwohl Mehrplanetensysteme in unserer Galaxie häufig vorkommen, beobachten Astronomen sehr viel seltener solche in einer engen Gravitationsformation, die als "Resonanz" bekannt ist.

In diesem Fall macht der Planet, der dem Stern am nächsten ist, drei Umläufe für je zwei Umläufe des nächsten Planeten (eine so genannte 3:2-Resonanz), ein Muster, das sich bei den vier nächstgelegenen Planeten wiederholt.

Zwischen den äußersten Planeten wiederholt sich zweimal ein Muster von vier Umläufen für jeweils drei des nächsten Planeten (eine 4:3-Resonanz). Die Planeten führen wahrscheinlich seit der Entstehung des Systems vor Milliarden von Jahren denselben kosmischen Tanz auf.

Diese Stabilität bedeutet, dass das System nicht die Schocks und Erschütterungen erlebt hat, die normalerweise bei der Entstehung auftreten: Zusammenstöße und Kollisionen, Verschmelzungen und Auflösungen von Planeten, die um den Raum konkurrieren. Und das wiederum könnte etwas Wichtiges über seine Entstehung aussagen.

Ihre Stabilität war von Anfang an so. Die 3:2 und 4:3 Resonanzen der Planeten sind fast genau so, wie sie zur Zeit ihrer Entstehung waren. Genauere Messungen der Massen und Umlaufbahnen werden benötigt, um das Bild der Entstehung des Systems weiter zu verfeinern.

Ein kosmisches Geheimnis

Die Entdeckung dieses Systems ist so etwas wie eine Detektivgeschichte. Die ersten Hinweise darauf kamen vom NASA-Satelliten TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), der die kleinen Verfinsterungen ("Transits") verfolgt, die Planeten machen, wenn sie die Oberfläche ihrer Sterne kreuzen.

Die Kombination der TESS-Messungen, die in getrennten Beobachtungen im Abstand von zwei Jahren gemacht wurden, entdeckte eine Vielzahl von Transits für den Wirtsstern, genannt HD 110067. Es war jedoch schwierig zu unterscheiden, wie viele Planeten es gab und wie ihre Umlaufbahnen aussahen.

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Schließlich wählten die Astronomen die beiden innersten Planeten aus, mit Bahnperioden (ihr Jahr) von 9 Tagen für den nächstgelegenen Planeten und 14 Tagen für den nächsten. Ein dritter Planet mit einer Umlaufzeit von etwa 20 Tagen wurde mit Hilfe der Daten von CHEOPS, dem Satelliten zur Charakterisierung von ExOPlaneten der Europäischen Weltraumorganisation, identifiziert.

Dann bemerkten die Wissenschaftler etwas Außergewöhnliches. Die Bahnen der drei Planeten entsprachen dem, was man erwarten würde, wenn sie in einer 3:2-Resonanz eingeschlossen wären. Die nächsten Schritte betrafen Mathematik und Schwerkraft.

Arbeiten mit Daten

Das Wissenschaftsteam unter der Leitung von Rafael Luque von der University of Chicago arbeitete an einer bekannten Liste von Resonanzen, die möglicherweise in solchen Systemen zu finden sind, und versuchte, sie mit den verbleibenden Transits in Verbindung zu bringen, die von TESS entdeckt worden waren.

Die passende Resonanzkette deutete auf einen vierten Planeten im System hin, mit einer Umlaufzeit von etwa 31 Tagen. Zwei weitere Transite wurden beobachtet, aber ihre Bahnen blieben ungeklärt, da es sich nur um Einzelbeobachtungen handelte.

Es ist mehr als eine Transitbeobachtung erforderlich, um die Umlaufbahn eines Planeten genau zu bestimmen.

Die Wissenschaftler gingen die Liste der möglichen Umlaufbahnen erneut durch, um zwei weitere äußere Planeten zu finden, die in die erwartete Resonanzkette passen. Das beste Ergebnis: ein fünfter Planet mit einer Umlaufzeit von 41 Tagen und ein sechster mit knapp 55 Tagen.

An diesem Punkt wäre das Wissenschaftsteam beinahe in eine Sackgasse geraten. Der Teil der TESS-Beobachtungen, der die vorhergesagten Bahnen der beiden äußeren Planeten bestätigen könnte, wurde bei der Verarbeitung ausgelassen.

Ein letzter Ausweg

Übermäßiges Licht, das von der Erde und dem Mond über das Beobachtungsfeld gestreut wurde, schien die Beobachtungen zu behindern. Der Wissenschaftler Joseph Twicken vom SETI Institute und dem NASA Ames Research Center bemerkte das Problem des gestreuten Lichts.

Ich wusste, dass der Wissenschaftler David Rapetti, ebenfalls von Ames und der University Space Research Association, an einem neuen Code arbeitete, um Transitdaten wiederherzustellen, von denen man annahm, dass sie aufgrund von Lichtstreuung verloren gegangen waren.

Auf Anregung von Twicken wandte Rapetti seinen neuen Code auf die TESS-Daten an. Er fand zwei Transits für die äußeren Planeten, genau dort, wo das Wissenschaftsteam unter der Leitung von Luque es vorhergesagt hatte.

So wurden sechs subneptunische Planeten mit Radien zwischen 1,94 und 2,85 Erdradien gefunden. Drei der Planeten haben Massen mit niedrigen Dichten, was auf das Vorhandensein großer wasserstoffdominierter Atmosphären hindeutet. Und am spektakulärsten ist, dass sie nie zuvor gesehene Resonanzen aufweisen.

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