Nästan synligt för blotta ögat i Draco-konstellationen, stjärnan HD 158259 har observerats under de senaste sju åren av astronomer som använder SOPHIE-spektrografen. Detta instrument, installerad vid Haute-Provence Observatory i södra Frankrike, förvärvade 300 mätningar av stjärnan. Analysen av data som gjorts av ett internationellt team ledd av forskare från universitetet i Genève (UNIGE), har resulterat i upptäckten att HD 158259 har sex planetariska följeslagare:en "superjord" och fem "mini-Neptunes". Dessa planeter visar ett exceptionellt regelbundet avstånd, som antyder hur systemet kan ha bildats. Den här studien, publiceras i tidskriften Astronomi &Astrofysik , inkluderar även TESS-rymdteleskopobservationer av stjärnan, som avslöjar tätheten av den innersta planeten.

SOPHIE-mätningarna av HD 158259 gör att stjärnans radiella hastighet kan mätas med stor precision - det vill säga dess hastighet för stjärnan i siktlinjens riktning. Det är samma typ av mätning som ledde till upptäckten av 51 Peg b av 2019 års Nobelpristagare Michel Mayor och Didier Queloz 1995. Vad mer, upptäckten av 51 Peg b och av de sex planeterna i HD 158259 gjordes med samma teleskop.

Att avslöja ett system med så små planeter skulle inte ha varit möjligt redan 1995, inte heller vid installationen av SOPHIE redan 2006. "Upptäckten av detta exceptionella system har möjliggjorts tack vare förvärvet av ett stort antal mätningar, samt en dramatisk förbättring av instrumentet och vår signalbehandlingsteknik, säger François Bouchy, professor vid institutionen för astronomi vid UNIGEs naturvetenskapliga fakultet och koordinator för observationsprogrammet. "Detta är fantastiskt arbete och visar den viktiga roll mindre teleskop spelar för att främja astronomis framsteg genom högkvalitativ forskning med hjälp av gamla, men välfinansierade observatorier, " tillägger Paul A. Wilson, forskare vid University of Warwick och medförfattare till studien.

SOPHIE-observationer visade att planeten närmast HD 158259 och de fem yttre planeterna uppvisar massor av två och sex gånger jordens, respektive. Systemet har visat sig vara kompakt, i den meningen att avståndet från den yttersta planeten till dess stjärna är 2,6 gånger mindre än avståndet mellan Merkurius och solen. Vidare, NASA:s rymdteleskop TESS observerade en minskning av stjärnans ljusstyrka när den innersta planeten passerade mellan observatören och stjärnan. "TESS-mätningarna stöder starkt upptäckten av planeten och tillåter oss att uppskatta dess radie, som ger mycket värdefull information om planetens inre struktur, säger Isabelle Boisse, forskare vid Marseille Astrophysics Laboratory och medförfattare till studien.

Planeter i rytm

Hundratals multiplanetära system är kända, men bara ett dussin innehåller sex planeter eller fler. Närvaron av sex planeter som kretsar kring HD 158259 gör detta system anmärkningsvärt, men dess mest intressanta egenskap är dess regelbundenhet. Verkligen, periodförhållandet för två efterföljande planeter är nära 3:2. Detta betyder att när den första planeten – den som är närmast stjärnan – fullbordar tre omlopp, den andra slutför cirka två. När denna andra planet fullbordar tre omlopp, den tredje slutför ungefär två, och så vidare.

Denna situation förstås bättre inom ramen för "resonans, " som spelar en nyckelroll i planetsystems arkitektur. Flera planeter sägs vara i resonans när de befinner sig i samma konfiguration med jämna mellanrum efter att ha genomfört ett potentiellt olika antal banor. "Detta är jämförbart med flera musiker som slår olika rytmer, men som slår samtidigt i början av varje takt, " säger Nathan C. Hara, forskare vid institutionen för astronomi vid UNIGEs naturvetenskapliga fakultet, medlem av PlanetS-institutet och första författare till studien. Planeter kan också vara nära resonansen, men inte precis inom. Detta är fallet med planeterna i HD 158259.

Härleda systemets historia

Varför är detta system intressant? Ett av målen med studiet av planetsystem är att förstå deras bildning. Om detta ämne, flera frågor diskuteras fortfarande. Speciellt:bildas planeterna nära sin slutliga position i systemet, eller rör de sig över systemet efter att de har bildats? Detta senare scenario, kallas planetarisk migration, tycks förklara bildandet av de sex planeterna i HD 158259. "Flera kompakta system med flera planeter i, eller nära resonanser är kända, som TRAPPIST-1 eller Kepler-80. Sådana system tros bildas långt från stjärnan innan de migrerar mot den. I detta scenario, resonanserna spelar en avgörande roll, " säger Stephane Udry, professor vid institutionen för astronomi vid UNIGEs naturvetenskapliga fakultet.

I HD 15829s system, när en planet fullbordar tre omlopp, dess närmaste yttre granne fyller omkring två. "Här, "om" är viktigt. Förutom att förhållandet mellan 3:2 perioder är överallt, detta utgör systemets originalitet, " säger Nathan Hara. Planeterna är nära resonansen, men inte precis inom. Detta tyder på att planeterna brukade vara fångade i resonans förr, migrerade synkront, flyttade sedan bort från resonansen. "Vidare, den aktuella avvikelsen av periodkvoterna från 3:2 innehåller en mängd information. Med dessa värden å ena sidan, och tidvatteneffektmodeller å andra sidan, vi skulle kunna begränsa planeternas inre struktur i en framtida studie. Sammanfattningsvis, systemets nuvarande tillstånd ger oss ett fönster om dess bildande, " avslutar Hara.