Дослідники, які вперше звернули увагу на зірку TOI-178 у сузір'ї Скульптора, розташовану на відстані близько 200 світлових років від Землі, спочатку подумали, що вони знайшли дві планети, які обертаються навколо цієї зірки на одній орбіті. Однак більш детальне дослідження показало, що це не так.
Адрієн Льоло, керівник дослідження планетної системи з Женевського та Бернського університетів у Швейцарії, повідомляє, що під час подальшого спостереження було встановлено, що замість двох планет, що обертаються навколо зірки на подібних орбітах, ця система складається з цілої групи планет, які утворюють незвичайну конфігурацію.
Система TOI-178 має шість планет, які перебувають у резонансному ланцюжку. Всі вони, крім однієї, перебувають у резонансі під час руху своїми орбітами.
Це означає, що їхні рухи навколо зірки мають регулярно повторювані конфігурації. Цей феномен нагадує танець, і подібні резонансні явища можна спостерігати в орбітах трьох "галілеєвих лун" Юпітера - Іо, Європи і Ганімеда.
Наприклад, Іо робить чотири повних оберти навколо Юпітера за час, поки Ганімед тільки один раз робить повний оберт, а Європа робить один оберт за час двох обертів Іо навколо Юпітера. Система TOI-178 - це перша відома система екзопланет, у якій усі планети перебувають у резонансі між собою, крім найближчої до зірки.
Спостерігається дуже складна система резонансів у п'яти зовнішніх екзопланет у системі TOI-178, яка є однією з найдовших "резонансних ланцюжків" серед планет, коли-небудь виявлених у планет. Ці п'ять планет утворюють резонансний ланцюг 18:9:6:4:3, де поки друга від зірки планета робить 18 обертів, третя від зірки робить їх 9 і так далі.
Вчені спочатку виявили тільки п'ять планет у системі, але, аналізуючи їхній резонансний ритм, зуміли обчислити, де має бути ще одна планета в цьому ланцюжку і як її можна знайти в майбутньому.
Ця складна система резонансів вказує на важливі закономірності в розвитку планетної системи. Орбіти в системі дуже строго впорядковані, що свідчить про те, що система розвивалася дуже плавно і спокійно з часу її утворення. Якби система зазнала значного збурення на ранніх етапах свого розвитку, наприклад, унаслідок гігантського зіткнення, то рівновагу орбітальних резонансів було б зруйновано.
Однак, незважаючи на таку сувору впорядкованість орбіт, щільності планет у системі впорядковані набагато гірше. Наприклад, планета, настільки ж щільна, як Земля, розташована поруч з іншою, яка дуже м'яка, як пух, і має щільність удвічі меншу, ніж у Нептуна. За нею йде планета зі щільністю, як у Нептуна. Це зовсім не схоже на розташування планет у Сонячній системі, де кам'янисті планети розташовані ближче до центральної зірки, а газові гіганти - далі від неї.
Льоло зазначає, що контраст між ритмічною гармонією орбітальних рухів і невпорядкованою щільністю планет повністю суперечить нашому розумінню законів, що керують формуванням і розвитком планетних систем".
Для вивчення незвичайної архітектури планетної системи група використовувала дані, отримані з супутника Європейського космічного агентства CHEOPS, доповнені наземними спостереженнями з приймача ESPRESSO на телескопі ESO VLT, а також такими інструментами, як NGTS і SPECULOOS, також розташованими в обсерваторії ESO на горі Паранал в Чилі.
Прямі спостереження екзопланет у телескоп є неймовірно складним завданням, тому астрономам доводиться використовувати інші методи їх виявлення. Два основні методи - це спостереження транзитів - коротких провалів у світлі центральної зорі, коли екзопланета проходить між нею і Землею, закриваючи частину поверхні зорі - і вимірювання коливань радіальної швидкості зорі, спричинених періодичними невеликими зсувами лінії видимості зорі через гравітаційне тяжіння її планети.
У своїх спостереженнях за системою група використовувала обидва методи: CHEOPS, NGTS і SPECULOOS спостерігали транзити, а спектрограф ESPRESSO вимірював радіальні швидкості.
Поєднавши обидва методи, астрономи змогли отримати ключову інформацію про систему та її планети. Планети цієї системи обертаються навколо своєї зірки набагато ближче і швидше, ніж Земля навколо Сонця.
Найвіддаленіша і найшвидше обертається планета в системі всього за пару земних днів, тоді як найповільнішій потрібно вдесятеро більше часу, щоб обертатися навколо зірки. Розміри шести планет коливаються від одного до трьох діаметрів Землі, а їхня маса - від 1,5 до 30 разів більша за земну.
Деякі з цих планет кам'янисті, але більші за Землю, їх називають "суперземлями". Інші - газові гіганти, схожі на зовнішні планети Сонячної системи, але набагато менші за розміром, і їх охрестили "міні-Нептунами".
Хоча жодна з шести знайдених екзопланет не знаходиться в придатній для життя зоні материнської зірки, дослідники вважають, що, продовжуючи досліджувати резонансний ланцюжок, вони можуть знайти інші планети в цій системі, які можуть знаходитися всередині або поблизу цієї зони.
Надзвичайно великий телескоп (ELT) ESO, який повинен почати роботу в цьому десятилітті, зможе отримати прямі зображення кам'янистих екзопланет в зоні населеності зірок і навіть отримати характеристики їхніх атмосфер, що дозволить ще більш детально вивчити системи, подібні до TOI-178.
