Naukowcy zbadali system planetarny TOI-201 z trzema egzoplanetami w bardzo dynamicznym stadium jego ewolucji. Układ zawiera superziemię, gazowego olbrzyma oraz brązowego karła – informuje Uniwersytet Nowego Meksyku (USA).

Ewolucja układów planetarnych to zwykle skale czasowe milionów lat. Tymczasem w systemie TOI-201 zmiany w strukturze orbit są tak szybkie, że jesteśmy w stanie być ich świadkami w skalach czasowych ludzkiego życia. To czyni ten układ wyjątkowym dla badań astronomicznych.

Nowymi badaniami tego systemu kierowali doktorant Ismael Mireles i prof. Diana Dragomir z Uniwersytetu Nowego Meksyku w Albuquerque w Stanach Zjednoczonych. Ich celem było nie tylko dokładne poznanie i opisanie cech obiektów, ale także zrozumienie interakcji zachodzących pomiędzy nimi.

Układ TOI-201 znajduje się 371 lat świetlnych od nas. Jego głównym elementem jest gwiazda typu widmowego F o masie i promieniu o około 30 proc. większych niż w przypadku Słońca. Gwiazdę okrążają trzy obiekty: skalista supeziemia TOI-201 d o rozmiarze o 40 proc. większym od Ziemi i około sześciokrotnie większej masie, gazowy olbrzym TOI-201 b o połowie masy Jowisza oraz brązowy karzeł TOI-201 c. Okresy orbitalne wynoszą odpowiednio niecałe 6 dni, 53 dni i niecałe 8 lat.

Poszczególne obiekty odkryto w 2020, 2021 i 2025 roku. Co ciekawe, ostatnie z odkryć zostało dokonane przez polskich astronomów, Gracjana Maciejewskiego i Weronikę Łobodę z Instytutu Astronomii UMK w Toruniu.

Skalista planeta TOI-201 d krąży bardzo blisko swojej gwiazdy, zapewne jest więc zbyt gorąca, aby istniała na niej woda w stanie ciekłym. Gazowy olbrzym należy do kategorii określanej „ciepłymi jowiszami”, czyli pośredniej pomiędzy gorącymi jowiszami (krążącymi niezwykle blisko gwiazdy, z okresami obiegu na przykład kilka czy kilkanaście dni), a gazowymi olbrzymami znanymi z Układu Słonecznego, takimi jak Jowisz (które są daleko od swoich gwiazd, na przykład okres obiegu Jowisza dookoła Słońca to około 12 lat). Trzecie ciało (TOI-201 c) to brązowy karzeł, czyli nie planeta, a obiekt pośredni pomiędzy planetami i gwiazdami.

Badacze wykorzystali połączenie aż czterech technik obserwacyjnych, aby potwierdzić konfigurację systemu planetarnego. Użyto spektroskopii, mierząc ruchy gwiazd spowodowane oddziaływaniem planet i brązowego karła, dzięki czemu można ustalić masy obiektów. Wykorzystano dane z kilku spektrografów pracujących na teleskopach w Chile: CORALIE, HARPS, PFS, FEROS i jednego z Australii (MINERV A-Australis).

Drugą techniką była metoda tranzytów. Analizowano jasność gwiazdy i niewielkie spadki blasku spowodowane przejściami (tranzytami) obiektów przed gwiazdą. Użyto danych z kosmicznego teleskopu TESS oraz naziemnego ASTEP na Antarktydzie i sieci teleskopów LCOGT z kilku kontynentów.

Trzecią techniką była analiza zmian momentów tranzytów (angielski termin Transit Timing Variations). Polega to na pomiarach niewielkich odchyłek w momentach zajścia tranzytów, wynikających z oddziaływania pozostałych obiektów w układzie planetarnym.

Dodatkowo zastosowano też astrometrię, mierząc zmiany położenia gwiazdy na niebie na skutek oddziaływań od masywnego towarzysza. Użyto danych z misji kosmicznych Hipparcos i Gaia.

W układzie TOI-201 orbity planet są mocno nachylone względem siebie i w związku z tym powodują szybką zmianę swojej orientacji w przestrzeni. Taka sytuacja to zaskoczenie, bowiem gdyby obiekty narodziły się w płaszczyźnie dysku protoplanetarnego, ich orbity powinny być mniej więcej zgodne co do płaszczyzny, tak jak to się dzieje w przypadku Układu Słonecznego.

W ciągu 200 lat przestaniemy widzieć tranzyty superziemi TOI-201 d. Kilkaset lat później gazowy olbrzym też nie będzie ich wykonywał dla obserwatorów na Ziemi, a jeszcze później skończą się tranzyty brązowego karła. Ponowne tranzyty staną się widoczne po tysiącach lat.

Następny tranzyt TOI-201 c przewidywany jest na 26 marca 2031 roku. Będzie to okazja do kolejnych dokładnych obserwacji, w tym - wykonywanych przez miłośników astronomii.

Praca opisująca rezultaty badań ukazała się w „Science Advances”. (PAP)

cza/ zan/