L’observador exoplaneta Cheops, de l’ESA, revela un sistema planetari únic

El descobriment d’un nombre creixent de sistemes planetaris, cap com el nostre propi sistema solar, continua millorant la nostra comprensió de com es formen i evolucionen els planetes. Un exemple sorprenent és el sistema planetari anomenat TOI-178, a uns 200 anys llum de distància de la constel·lació de Sculptor.

Els astrònoms ja esperaven que aquesta estrella acollís dos o més exoplanetes després d’observar-la amb el satèl·lit d’enquesta d’exoplanetes en transició (TESS) de la NASA. Noves observacions molt precises amb Cheops, el satèl·lit caracteritzant de l’ESA de l’ESA que es va llançar el 2019, ara mostren que el TOI-178 alberga almenys sis planetes i que aquest sistema solar estranger té un disseny molt singular. L’equip, dirigit per Adrien Leleu de la Universitat de Ginebra i la Universitat de Berna a Suïssa, ha publicat avui els seus resultats a Astronomia i astrofísica.

Una de les característiques especials del sistema TOI-178 que els científics van poder descobrir amb Cheops és que els planetes –excepte el més proper a l’estrella– segueixen un ball rítmic a mesura que es mouen a les seves òrbites. Aquest fenomen s’anomena ressonància orbital, i significa que hi ha patrons que es repeteixen a mesura que els planetes van al voltant de l’estrella, amb alguns planetes que s’alineen cada poques òrbites.

Una ressonància similar s’observa a les òrbites de tres llunes de Júpiter: Ío, Europa i Ganímedes. Per a totes les òrbites d’Europa, Ganimedes completa dues òrbites i Io en fa quatre (es tracta d’un patró de 4: 2: 1).

En el sistema TOI-178, el moviment ressonant és molt més complex ja que implica cinc planetes, seguint un patró de 18: 9: 6: 4: 3. Mentre que el segon planeta de l’estrella (el primer del patró) completa 18 òrbites, el tercer planeta de l’estrella (el segon del patró) completa nou òrbites, etc.

Inicialment, els científics només van trobar quatre dels planetes en ressonància, però seguint el patró els científics van calcular que hi havia d’haver un altre planeta al sistema (el quart seguint el patró, el cinquè planeta de l’estrella).

“Vam predir la seva trajectòria amb molta precisió assumint que tenia un ressò amb els altres planetes”, explica Adrien. Una observació addicional amb Cheops va confirmar que el planeta desaparegut existia efectivament a l’òrbita prevista.

Després d’haver descobert les rares disposicions orbitals, els científics tenien curiositat per veure si les densitats del planeta (mida i massa) també segueixen un patró ordenat. Per investigar-ho, Adrien i el seu equip van combinar dades de Cheops amb observacions preses amb telescopis terrestres a l’Observatori Paranal de l’Observatori Sud Europeu (ESO) a Xile.

Però si bé els planetes del sistema TOI-178 orbiten la seva estrella d’una manera molt ordenada, les seves densitats no segueixen cap patró particular. Un dels exoplanetes, un planeta dens i terrestre com la Terra, es troba al costat d’un planeta de mida similar però molt esponjós, com un mini-Júpiter, i al costat d’això és molt similar a Neptú.

“No és el que esperàvem, i és la primera vegada que observem aquesta configuració en un sistema planetari”, diu Adrien. “En els pocs sistemes que sabem on els planetes orbiten en aquest ritme ressonant, les densitats dels planetes disminueixen a mesura que ens allunyem de l’estrella, i també és el que esperem de la teoria”.

Esdeveniments catastròfics com els impactes de gegants normalment podrien explicar grans variacions en la densitat del planeta, però el sistema TOI-178 no estaria tan perfectament en harmonia si hagués estat així.

“Les òrbites d’aquest sistema estan molt ben ordenades, cosa que ens indica que aquest sistema ha evolucionat molt suaument des del seu naixement”, explica el coautor Yann Alibert de la Universitat de Berna.

La revelació de la complexa arquitectura del sistema TOI-178, que desafia les teories actuals de la formació del planeta, va ser possible gràcies a gairebé 12 dies d’observacions amb Cheops (11 dies d’observacions contínues, més dues observacions més curtes).

“La resolució d’aquest emocionant trencaclosques va requerir força esforç per planificar, en particular per programar l’observació contínua de 11 dies necessaris per captar les signatures dels diferents planetes”, diu Kate Isaak, científica del projecte de l’ESA Cheops. “Aquest estudi posa de manifest molt bé el potencial de seguiment de Keops, no només per caracteritzar millor els planetes coneguts, sinó per caçar-ne i confirmar-ne de nous”.

Adrien i el seu equip volen continuar utilitzant Cheops per estudiar el sistema TOI amb més detall.

“Podríem trobar més planetes que podrien estar a la zona habitable, on hi hauria aigua líquida a la superfície d’un planeta, que comença fora de les òrbites dels planetes que hem descobert fins ara”, diu Adrien. “També volem esbrinar què va passar amb el planeta més interior que no té ressonància amb els altres. Sospitem que va esclatar per ressonància a causa de les forces de marea “.

Els astrònoms faran servir Cheops per observar centenars d’exoplanetes coneguts orbitant al voltant d’estrelles brillants.

“Keops no només aprofundirà la nostra comprensió de la formació d’exoplanetes, sinó també del nostre propi planeta i del sistema solar”, afegeix Kate.

Notes per als editors

“Sis planetes en trànsit i una cadena de ressonàncies de Laplace a TOI-178 ‘d’A. Leleu et al. apareix a Astronomia i astrofísica. DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202039767

Més informació sobre Cheops

Cheops és una missió de l’ESA desenvolupada en col·laboració amb Suïssa, amb un consorci dedicat liderat per la Universitat de Berna i amb importants contribucions d’Àustria, Bèlgica, França, Alemanya, Hongria, Itàlia, Portugal, Espanya, Suècia i el Regne Unit.

L’ESA és l’arquitecte de la missió Cheops, responsable de l’adquisició i proves del satèl·lit, la fase de llançament i d’operacions inicials i la posada en servei en òrbita, així com el Programa d’Observadors Convidats a través del qual els científics de tot el món poden sol·licitar observacions amb Cheops. El consorci d’11 estats membres de l’ESA dirigit per Suïssa va proporcionar elements essencials de la missió. El principal contractista per al disseny i la construcció de la nau espacial és Airbus Defence and Space a Madrid, Espanya.

El consorci de la missió Cheops dirigeix ​​el Centre d’Operacions de la Missió situat a INTA, a Torrejón de Ardoz, a prop de Madrid, i el Centre d’Operacions Científiques, situat a la Universitat de Ginebra, Suïssa.

Per obtenir més informació, visiteu: https://www.esa.int/Cheops

Per a més informació, poseu-vos en contacte amb:

Adrien Leleu
Centre for Space and Habitability i NCCR PlanetS, Universitat de Ginebra i Universitat de Berna
Correu electrònic: adrien.leleu@unige.ch

Kate Isaak
Científic del projecte ESA Cheops
Correu electrònic: kate.isaak@esa.int

Relacions amb els mitjans de comunicació de l’ESA
Correu electrònic: media@esa.int