Astronomen analysieren Massen, Umlaufbahneigenschaften und atmosphärische Merkmale von sechs Exoplaneten

Ein kürzlich entdecktes Sonnensystem mit sechs bestätigten Exoplaneten und einem möglichen siebten erweitert das Wissen der Astronomen über die Entstehung und Entwicklung von Planeten. Mithilfe eines weltumspannenden Arsenals an Observatorien und Instrumenten hat ein Team unter der Leitung von Forschern der University of California in Irvine die bisher genauesten Messungen der Massen, Umlaufbahneigenschaften und atmosphärischen Eigenschaften der Exoplaneten zusammengestellt.

In einem heute veröffentlichten Artikel in Das Astronomische Journal, teilen die Forscher die Ergebnisse der TESS-Keck-Durchmusterung mit und liefern eine ausführliche Beschreibung der Exoplaneten, die TOI-1136 umkreisen, einen Zwergstern in der Milchstraße, der mehr als 270 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Studie ist eine Fortsetzung der ersten Beobachtung des Sterns und der Exoplaneten durch das Team im Jahr 2019 unter Verwendung von Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite. Dieses Projekt lieferte die erste Schätzung der Massen der Exoplaneten durch die Messung der Transitzeitvariationen, ein Maß für die Anziehungskraft, die umlaufende Planeten aufeinander ausüben.

Für die jüngste Studie verknüpften die Forscher TTV-Daten mit einer Radialgeschwindigkeitsanalyse des Sterns. Mit dem Automated Planet Finder-Teleskop am Lick Observatory auf dem kalifornischen Mount Hamilton und dem hochauflösenden Echelle-Spektrometer am WM Keck Observatory auf Hawaiis Mauna Kea konnten sie leichte Variationen der Sternbewegung über die Rotverschiebung und Blauverschiebung des Doppler-Effekts erkennen – was half ihnen dabei, Planetenmassen mit beispielloser Präzision zu bestimmen.

Um solch genaue Informationen über die Planeten in diesem Sonnensystem zu erhalten, erstellte das Team Computermodelle unter Verwendung von Hunderten von Radialgeschwindigkeitsmessungen, die über TTV-Daten gelegt wurden. Hauptautor Corey Beard, ein UCI-Ph.D. Der Physikkandidat sagte, dass die Kombination dieser beiden Arten von Messwerten zu mehr Erkenntnissen über das System als je zuvor führte.

„Es hat viel Versuch und Irrtum gekostet, aber wir waren wirklich zufrieden mit unseren Ergebnissen, nachdem wir eines der bisher kompliziertesten Planetensystemmodelle in der Exoplanetenliteratur entwickelt hatten“, sagte Beard.

Laut Co-Autor Paul Robertson, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie an der UCI, ist die große Anzahl an Planeten ein Faktor, der das Astronomieteam zu weiteren Forschungen inspiriert hat.

„Wir betrachteten TOI-1136 als äußerst vorteilhaft aus wissenschaftlicher Sicht, denn wenn ein System mehrere Exoplaneten hat, können wir die Auswirkungen der Planetenentwicklung kontrollieren, die vom Wirtsstern abhängen, und das hilft uns, uns auf die einzelnen physikalischen Mechanismen zu konzentrieren, die dazu geführt haben.“ dass diese Planeten die Eigenschaften haben, die sie haben“, sagte er.

Robertson fügte hinzu, dass es beim Versuch von Astronomen, Planeten in verschiedenen Sonnensystemen zu vergleichen, viele Variablen gibt, die sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Sterne und ihrer Standorte in unterschiedlichen Teilen der Galaxie unterscheiden können. Er sagte, dass die Betrachtung von Exoplaneten im selben System die Untersuchung von Planeten ermögliche, die eine ähnliche Geschichte erlebt hätten.

Nach stellaren Maßstäben ist TOI-1136 jung, gerade einmal 700 Millionen Jahre alt, ein weiteres Merkmal, das Exoplanetenjäger angezogen hat. Robertson sagte, dass die Zusammenarbeit mit jugendlichen Stars „schwierig und besonders“ sei, weil sie so aktiv seien. Magnetismus, Sonnenflecken und Sonneneruptionen sind in dieser Phase der Sternentwicklung häufiger und intensiver, und die daraus resultierende Strahlung sprengt und formt Planeten und beeinflusst deren Atmosphäre.

Die bestätigten Exoplaneten von TOI-1136, TOI-1136 b bis TOI-1136 g, werden von den Experten als „Sub-Neptune“ kategorisiert. Robertson sagte, dass der kleinste von ihnen mehr als das Doppelte des Erdradius hat und andere bis zum Vierfachen des Erdradius, vergleichbar mit der Größe von Uranus und Neptun.

Der Studie zufolge umkreisen alle diese Planeten TOI-1136 in weniger als den 88 Tagen, die Merkur für einen Umlauf um die Sonne der Erde benötigt. „Wir packen ein ganzes Sonnensystem in eine Region um den Stern, die so klein ist, dass unser gesamtes Planetensystem hier außerhalb davon liegen würde“, sagte Robertson.

„Sie sind für uns seltsame Planeten, weil wir in unserem Sonnensystem nichts Genaues wie sie haben“, sagte Co-Autor Rae Holcomb, ein UCI-Doktorand. Kandidat für Physik. „Aber je mehr wir andere Planetensysteme untersuchen, desto mehr scheinen sie der häufigste Planetentyp in der Galaxie zu sein.“

Eine weitere seltsame Komponente dieses Sonnensystems ist die mögliche, aber unbestätigte Anwesenheit eines siebten Planeten. Die Forscher haben Hinweise auf eine weitere Resonanzkraft im System entdeckt. Robertson erklärte, dass Planeten, die nahe beieinander kreisen, gravitativ aneinander ziehen können.

„Wenn Sie einen Akkord auf einem Klavier hören und er für Sie gut klingt, liegt das daran, dass zwischen den Noten, die Sie hören, eine Resonanz oder sogar ein Abstand besteht“, sagte er. „Die Umlaufzeiten dieser Planeten sind ähnlich verteilt. Wenn die Exoplaneten in Resonanz sind, sind die Anziehungskräfte jedes Mal in die gleiche Richtung. Dies kann eine destabilisierende Wirkung haben oder in besonderen Fällen dazu dienen, die Umlaufbahnen herzustellen.“ mehr stabil.“

Robertson bemerkte, dass die Untersuchung nicht alle Fragen seines Teams zu den Exoplaneten in diesem System beantwortete, sondern die Forscher vielmehr dazu veranlasste, zusätzliche Erkenntnisse zu gewinnen, insbesondere über die Zusammensetzung der Planetenatmosphären. Dieser Untersuchungsrichtung ließe sich am besten durch die fortschrittlichen Spektroskopiefähigkeiten des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA näherkommen, sagte er.

„Ich bin stolz darauf, dass sowohl das Lick-Observatorium des UCO als auch die Keck-Observatorien an der Charakterisierung eines wirklich wichtigen Systems beteiligt waren“, sagte Matthew Shetrone, stellvertretender Direktor der UC Observatories. „Da wir so viele mittelgroße Planeten im selben System haben, können wir wirklich Entstehungsszenarien testen. Ich möchte wirklich mehr über diese Planeten erfahren! Könnten wir eine Welt aus geschmolzenem Gestein, eine Welt aus Wasser und eine Welt aus Eis im selben Sonnensystem finden?“ „Es fühlt sich fast wie Science-Fiction an.“