Gdy naukowcy obserwowali TOI-178, gwiazdę odległą o około 200 lat świetlnych w kierunku konstelacji Rzeźbiarza, myśleli na początku, że widzą dwie planety krążące praktycznie po tej samej orbicie. Dokładniejsze badania ukazały jednak dużo inny obraz. W systemie tym znajduje się aż sześć planet w bardzo specjalnej konfiguracji.

Do obserwacji użyto kilku teleskopów, w tym Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) oraz kosmicznego teleskopu CHEOPS, za którego funkcjonowanie odpowiada Europejska Agencja Kosmiczna (ESA).

Planet nie dostrzeżono bezpośrednio, a o ich obecności wywnioskowano na podstawie analizy zachowania gwiazdy. Połączono dwie techniki: metodę tranzytów oraz metodę prędkości radialnych. Pierwsza polega na obserwowaniu zmian w świetle gwiazdy – niewielkich regularnych osłabień blasku spowodowanych sytuacją, że planeta przechodzi na naszej linii widzenia (dokonuje tranzytu przed gwiazdą). Z kolei druga metoda opiera się na tym, że zarówno gwiazda oddziałuje grawitacyjnie na planety, jak i planety na nią. Planety krążą po orbitach, ale gwiazda również wykonuje ruchy (aczkolwiek niewielkie). Ten ruch na kierunku my-gwiazda (jej regularne oddalanie i przybliżanie się) można zmierzyć rozkładając światło gwiazdy na poszczególne długości fali (widmo) i mierząc przesunięcia linii widmowych.

Uzyskane w ten sposób wyniki pokazały, że w systemie TOI-178 istnieje sześć egzoplanet. Na dodatek okazało się, że krążą one po orbitach w specjalny, zsynchronizowany sposób, zwany przez astronomów rezonansem. Takie sytuacje występują w kosmosie, na przykład w Układzie Słonecznym trzy z dużych księżyców Jowisza są w rezonansie 4:2:1 – na cztery pełne obiegi orbity przez Io przypadają dwa pełne obiegi Europy oraz jeden pełny obieg orbity Ganimedesa.

W systemie TOI-178 występuje z kolei łańcuch rezonansów 18:9:6:4:3. Gdy druga z planet według odległości do gwiazdy (pierwsza w łańcuchu rezonansowym) wykonuje 18 okrążeń, trzecia według odległości do gwiazdy (druga w łańcuchu rezonansowym) kończy 9 orbit, itd. W sposób zsynchronizowany nie krąży jedynie jedna z sześciu planet, najbliższa względem swojej gwiazdy. Astronomowie wskazują, iż takie uporządkowanie orbit w układzie sugeruje, że musiał on ewoluować łagodnie, bez większych kataklizmów, które zapewne zaburzyłyby konfigurację. Poszczególne planety w systemie TOI-178 mają okresy obiegu wokół gwiazdy od niecałego dnia do trochę ponad 20 dni. Z kolei promienie planet mieszczą się w granicach od 1,2 do 2,9 promienia Ziemi. W kategoriach obiektów planetarnych część z nich to tzw. supeziemie, a niektóre można zaliczyć do minineptunów.

Zadziwiający jest rozkład gęstości planet. W Układzie Słonecznym bliżej Słońca mamy planety skaliste, o większej gęstości, a dalej od naszej gwiazdy są planety gazowe, o mniejszej gęstości. W systemie TOI-178 schemat ten jest zaburzony.

„Wygląda na to, że jest tam planeta tak gęsta, jak Ziemia, tuż obok bardzo puszystej planety o połowie gęstości Neptuna, a następna jest planeta o gęstości Neptuna. Nie przywykliśmy to takiej sytuacji” - komentuje Nathan Hara z Université de Genève (Szwajcaria), jeden z autorów pracy.

„Ten kontrast pomiędzy rytmiczną harmonią ruchu orbitalnego, a nieuporządkowanymi gęstościami z pewnością stanowi wyzwanie dla naszego zrozumienia powstawania i ewolucji systemów planetarnych” - dodaje Adrien Leleu z Université de Genève oraz University of Bern (Szwajcaria), który kierował badaniami.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie naukowym „Astronomy & Astrophysics”.(PAP)

cza/ agt/