Skip to main content

News

Descoberts sis planetes gràcies a les seves òrbites sincronitzades

  • Els planetes orbiten sincronitzats entorn de la seva estrella central, seguint un ritme predictible anomenat ‘ressonància’.

  • Aquesta configuració demostra que el sistema planetari no ha patit grans canvis des de la seva formació fa més de mil milions d'anys.

  • Investigadors de l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC), l’Institut de Ciències Espacials de Catalunya (IEEC) i l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA-CSIC) han participat en aquest descobriment, que utilitza observacions de l’instrument CARMENES de Calar Alto i dades de la missió CHEOPS de l'ESA.

Traçar un enllaç entre dos planetes veïns a intervals de temps regulars al llarg de les seves òrbites crea un patró únic per a cada parella. Els sis planetes del sistema HD 110067 creen junts un patró geomètric fascinant a causa de la seva cadena de ressonància. Crèdits: Thibaut Roger (NCCR PlanetS).

Traçar un enllaç entre dos planetes veïns a intervals de temps regulars al llarg de les seves òrbites crea un patró únic per a cada parella. Els sis planetes del sistema HD 110067 creen junts un patró geomètric fascinant a causa de la seva cadena de ressonància. Crèdits: Thibaut Roger (NCCR PlanetS).

L’equip ha trobat una peculiar família de sis planetes en òrbita al voltant d'una estrella similar al Sol anomenada HD 110067. Encara que els sistemes multiplanetaris són comuns en la nostra galàxia, els que es troben en una ajustada formació gravitatòria coneguda com ‘ressonància’ s'observen amb molta menys freqüència. Un equip internacional d'investigadors liderat per Rafael Luque, de la Universitat de Chicago, ha publicat avui un article sobre aquest descobriment a la revista Nature. Diversos investigadors de l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) i l’’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA-CSIC) han participat en la recerca.

La configuració ressonant significa que les òrbites estan sincronitzades d'una manera particular. En aquest cas, el planeta més proper a l'estrella realitza tres òrbites per cada dues del següent planeta, el que anomenem ressonància 3/2, un patró que es repeteix entre els quatre planetes més propers. En el cas dels planetes més allunyats, es tracta de quatre òrbites per cada tres del planeta següent, una ressonància 4/3.

Els sistemes orbitals ressonants com aquest són extremadament importants perquè informen els astrònoms sobre la formació i posterior evolució del sistema planetari. Els sistemes planetaris tendeixen a formar-se en ressonància, però poden ser pertorbats fàcilment. Per exemple, un planeta molt massiu en el sistema, un apropament amb una estrella passatgera o qualsevol tipus de fusió o col·lisió poden alterar el delicat equilibri. Per tant, trobar un sistema ressonant és com observar un sistema planetari ‘fòssil’.

HD 110067 convida a continuar amb el seu estudi, ja que ens mostra la configuració inalterada d'un sistema planetari que ha mantingut la seva ressonància des de la seva formació: és probable que els planetes hagin estat practicant aquesta mateixa dansa gravitatòria des que es va formar el sistema, fa milers de milions d'anys. A més, es tracta del sistema més brillant conegut amb quatre o més planetes. Atès que tots aquests planetes tenen una grandària inferior a Neptú i atmosferes probablement extenses, són candidats ideals per estudiar la composició de les seves atmosferes amb el telescopi espacial James Webb de la NASA, l’Agència Espacial Europea (ESA) i l l’Agència Espacial Canadenca (CSA).

Juan Carlos Morales, Guillem Anglada-Escudé i Ignasi Ribas, tots ells investigadors de l’ICE-CSIC i l’IEEC, van participar en la recerca aportant observacions realitzades amb CARMENES, l’instrument de cerca d'exoplanetes de l'Observatori de Calar Alto, codesenvolupat per l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia (IAA-CSIC). També van col·laborar programant les observacions amb el planificador de CARMENES, basat en el programari STARS, una solució d'intel·ligència artificial per a la planificació d'operacions de missions espacials i instruments astronòmics desenvolupada per l'ICE-CSIC, l’IEEC i l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB).

«Les observacions espectroscòpiques d'alta resolució de CARMENES al llarg d'un any, juntament amb les de l'espectrògraf HARPS-N, es van utilitzar per determinar la massa de tres dels planetes del sistema i marcar uns límits estrictes per a la resta. Aquestes dades van revelar que els planetes són dels que anomenem de classe sub-Neptú», explica Juan Carlos Morales, investigador de l'ICE-CSIC i l’IEEC.

Seguint les pistes per trobar els planetes

El descobriment d'aquests planetes recorda a una història de detectius. Les primeres pistes van provenir del satèl·lit Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, l'objectiu del qual és examinar tot el cel tros a tros per trobar exoplanetes de període petit (amb anys curts). El 2020, TESS va detectar descensos en la brillantor de l'estrella HD 110067, la qual cosa indicava el pas de planetes per davant de la seva superfície. D’aquests petits eclipsis, els astrònoms en diuen ‘trànsits’.

Dos anys després, TESS va tornar a observar la mateixa estrella. Sumant tots dos conjunts de mesures, els científics disposaven d'un ventall de trànsits per estudiar. Però era difícil distingir quants planetes representaven, o precisar les seves òrbites; els dos conjunts d'observacions semblaven discrepar entre si.

«Va ser llavors quan vam decidim utilitzar CHEOPS», explica Rafael Luque. CHEOPS és el Satèl·lit de Caracterització d'Exoplanetes (Characterising Exoplanets Satellite), la primera missió de l'ESA dedicada a estudiar estrelles brillants i pròximes que ja se sap que contenen exoplanetes, i que compta amb la participació de l'ICE-CSIC i l’IEEC. «Vam anar a pescar senyals entre tots els períodes potencials que aquests planetes podien tenir», explica Luque.

Finalment, els astrònoms van identificar els dos planetes més interiors, amb períodes orbitals de 9 dies per al més proper i de 14 dies per al següent. Un tercer planeta, amb un any d'uns 20,5 dies, va ser identificat amb l'ajut de les dades de CHEOPS.

Llavors, els científics van observar quelcom extraordinari: les òrbites dels tres planetes coincidien amb el que caldria esperar si estiguessin fixats en una ressonància 3/2. Havien trobat la clau per revelar tot el sistema. L'equip científic va repassar una coneguda llista de ressonàncies que podrien donar-se en aquesta mena de sistemes, tractant de fer-les coincidir amb la resta de trànsits que havia captat TESS. Així, els científics van poder predir que els tres planetes exteriors tenen períodes orbitals de 31, 41 i 55 dies. «CHEOPS ens va proporcionar aquesta configuració ressonant que ens va permetre predir tots els altres períodes. Sense aquesta detecció de CHEOPS, hauria estat impossible», explica Luque.

No obstant això, les observacions de TESS que tenien alguna possibilitat de confirmar les òrbites predites dels dos planetes més externs s'havien deixat de banda durant el processament, ja que presentaven un excés de llum dispersa. Una nova anàlisi de les dades per corregir l'excés de llum va revelar dos trànsits ocults, un per a cadascun dels planetes, exactament en els moments esperats per les prediccions. Finalment, encaixaven totes les peces del trencaclosques.

"L'univers ens demostra que el nostre sistema solar no sembla ser la norma pel que fa a la formació de planetes, i una vegada més ens dona un exemple de la gran varietat de sistemes planetaris que existeixen. Aquest, a més del seu interès per a entendre com es formen i evolucionen, potser ens pot aportar informació addicional sobre per què el nostre sistema planetari és com és", conclou Pedro J. Amado, investigador de l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia (IAA-CSIC), que participa en la troballa.

Més informació


Aquesta recerca es presenta en un article titulat «A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067», de Rafael Luque et al., que apareixerà a la revista Nature el 30 de novembre de 2023. DOI 10.1038/s41586-023-06692-3 Disponible a: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06692-3

Contacte


Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Jorge Rivero & Alba Calejero

Juan Carlos Morales
Investigador de contacte
Juan Carlos Morales

Guillem Anglada
Investigador de contacte
Guillem Anglada

Ignasi Ribas
Investigador de contacte
Ignasi Ribas