Kan tidvattenkrafter få en exoplanets yta att utstråla värme? Detta är vad en studie accepterade till Astronomical Journal hoppas kunna ta itu med ett team av internationella forskare som använde data som samlats in från markbaserade instrument för att bekräfta förekomsten av en andra exoplanet som finns i det exoplanetära systemet, HD 104067, tillsammans med att använda NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) uppdrag för att identifiera ytterligare en exoplanetkandidat. Studien är tillgänglig på arXiv förtrycksserver.
Det som är unikt med denna exoplanetkandidat, som kretsar innerst jämfört med de andra två, är att tidvattenkrafterna som uppvisas från de två yttre exoplaneterna potentiellt kan få kandidaternas yta att stråla ut med dess yttemperatur som når så högt som 2 300 grader Celsius (4 200 grader). Fahrenheit), som forskarna kallar en "perfekt tidvattenstorm."
Universe Today diskuterar denna fantastiska forskning med Dr Stephen Kane, som är professor i planetarisk astrofysik vid UC Riverside och huvudförfattare till studien, angående motivationen bakom studien, signifikanta resultat, betydelsen av "tidvattenstorm"-aspekterna, följer fördjupad forskning och implikationer för detta system för att studera andra exoplanetära system. Så, vad var motivationen bakom denna studie?
"Stjärnan (HD 104067) var en stjärna känd för att hysa en gigantisk planet i en 55-dagars omloppsbana, och jag har en lång historia av att vara besatt av kända system," säger Dr Kane till Universe Today. "När TESS upptäckte en möjlig transitplanet i jordstorlek i en 2,2-dagars omloppsbana (TOI-6713.01), bestämde jag mig för att undersöka systemet ytterligare. Vi samlade all RV-data och fann att det finns EN ANNAN (Uranusmassa) planet i en 13 -dagars bana. Så det började med TESS-data, sedan blev systemet bara mer intressant ju mer vi studerade det."
Dr. Kanes historia av exoplanetär forskning omfattar en myriad av solsystemsarkitekturer, särskilt de som innehåller mycket excentriska exoplaneter, men inkluderar också uppföljningsarbete efter att exoplaneter har bekräftats i ett system. Senast var han den andra författaren på en studie som diskuterade en reviderad systemarkitektur i HD 134606-systemet, tillsammans med upptäckten av två nya Super-Earths inom det systemet också.
För denna senaste studie använde Dr. Kane och hans kollegor data från markbaserade instrument från High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) och High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) och det tidigare nämnda TESS-uppdraget för att fastställa egenskaperna och parametrarna för båda moderstjärnan, HD 105067, och motsvarande exoplaneter som kretsar runt den. Men förutom att upptäcka ytterligare exoplaneter i systemet, som Dr. Kane nämner, vilka är de viktigaste resultaten från denna studie?
Dr. Kane säger till Universe Today, "Det mest fantastiska resultatet av vårt arbete var att dynamiken i systemet gör att 2,2-dagarsperioden upplever enorma tidvatteneffekter, liknande de som Io upplevt. I det här fallet upplever dock TOI-6713.01 10 miljoner gånger mer tidvattenenergi än Io, vilket resulterar i en yttemperatur på 2 600 K [2 300 grader Celsius (4 200 grader Fahrenheit)]. Detta betyder att planeten bokstavligen lyser vid optiska våglängder."
Jupiters måne, Io, är den mest vulkaniskt aktiva planetariska kroppen i solsystemet, som produceras av tidvattenuppvärmning orsakad av Jupiters massiva gravitation genom hela Ios något excentriska (långa) bana som varar i 1,77 dagar. Detta innebär att Io kommer närmare Jupiter under vissa punkter och längre bort från Jupiter vid andra punkter, vilket gör att Io komprimeras respektive expanderar.
Under miljontals år har denna konstanta friktion inom Ios inre lett till uppvärmningen av dess kärna, vilket resulterat i de hundratals vulkaner som omfattar Ios yta och inga synliga nedslagskratrar. Som Dr. Kane nämner, upplever denna nya exoplanetkandidat 10 miljoner gånger mer tidvattenenergi än Io, vilket kan väcka ytterligare frågor angående dess egen vulkaniska aktivitet eller andra geologiska processer. Därför, vad är betydelsen av "tidvattenstorm"-aspekterna av TOI-6713.01?
Dr. Kane säger till Universe Today, "Anledningen till att TOI-6713.01 upplever så starka tidvattenkrafter är på grund av excentriciteten hos de två yttre jätteplaneterna, vilket också tvingar TOI-6713.01 in i en excentrisk bana. Jag hänvisade därför till planeten som fångad i en perfekt tidvattenstorm."
HD 104067-systemet med sina två yttre gigantiska exoplaneter som tvingar den innersta TOI-6713.01 in i en "perfekt tidvattenstorm" påminner en aning om Jupiters första tre galileiska månar, Io, Europa och Ganymedes, när det gäller deras gravitationseffekter på varandra under deras omloppsbana. .
Det finns dock vissa skillnader, eftersom Jupiters massiva gravitation är den primära kraften som driver Ios vulkaniska aktivitet, och alla tre månarna befinner sig i vad som kallas omloppsresonans, vilket innebär att banorna är i förhållande till varandra. Till exempel, för varje fyra banor av Io finns det två banor av Europa och en omloppsbana av Ganymedes, vilket gör deras omloppsresonans 4:2:1, vilket resulterar i att varje måne orsakar regelbundna gravitationspåverkan på varandra.
Därför, med tidvattenstormsaspekten på TOI-6713.01 som orsakas av de två yttre jättarnas excentriciteter, hur jämför detta med förhållandet mellan Io, Europa och Ganymedes?
Dr. Kane säger till Universe Today, "Laplace-resonansen hos de galileiska månarna skapar en särskilt kraftfull konfiguration, varvid regelbundna inriktningar av de tre inre månarna regelbundet tvingar Io in i en excentrisk bana. HD 104067-systemet är inte i resonans men kan fortfarande producera en kraftkonfiguration på grund av att b- och c-planeterna är så massiva och är därför mer av en "brute force"-effekt av att tvinga den inre transiterande planeten in i en excentrisk bana."
Som nämnts upptäcktes TOI-6713.01 med hjälp av metoden för radiell hastighet, även känd som Dopplerspektroskopi, vilket innebär att astronomer mätte de minimala förändringarna i förälderstjärnans rörelse eftersom den dras lätt av planeten under den senares omloppsbana.
Dessa små förändringar gör att förälderstjärnan vibbar när de två kropparna drar i varandra, och astronomer använder en spektrograf för att upptäcka förändringar i dessa vinglar när stjärnan rör sig "närmare" och "längre bort" från oss för att hitta exoplaneter.
Denna metod har visat sig vara mycket effektiv för att hitta exoplaneter, eftersom den står för nästan 20% av de totala bekräftade exoplaneterna hittills, och den första exoplaneten som kretsar kring en stjärna som vår egen upptäcktes med denna metod. Men trots effektiviteten av radiell hastighet noterar studien hur TOI-6713.01 "ännu inte har bekräftats", så vilka ytterligare observationer krävs för att bekräfta dess existens?
Dr. Kanes säger till Universe Today, "Eftersom planeten är så liten är det svårt att upptäcka den från radiella hastighetsdata. Emellertid ser transiterna rena ut och vi har uteslutit stjärnkontamination. Ytterligare transiter kommer att hjälpa, men vi är ganska säker på att planeten existerar vid denna tidpunkt."
Denna studie kommer eftersom det totala antalet exoplanetära system är nästan 4 200 med antalet bekräftade exoplaneter som överstiger 5 600 och mer än 10 100 exoplanetkandidater som väntar på att förhoppningsvis bli bekräftade. Dessa systemarkitekturer har visat sig skilja sig mycket från vårt eget solsystem, som består av de terrestra (steniga) planeterna närmare solen och gasjättarna som kretsar mycket längre ut.
Exempel inkluderar heta Jupiters som kretsar farligt nära sin moderstjärna, några på bara några dagar, och andra system med sju exoplaneter i jordstorlek, av vilka några kretsar inom den beboeliga zonen. Därför, vad kan denna unika solsystemsarkitektur lära oss om exoplanetära system, överlag, och vilka andra exoplanetära system speglar det?
Dr. Kane säger till Universe Today, "Detta system är ett bra exempel på extrema miljöer som planeter kan befinna sig i. Det har förekommit flera fall av jordlevande planeter som är nära sin stjärna och värms upp av energin från stjärnan, men väldigt få fall där tidvattenenergin smälter planeten inifrån."
Den potentiella upptäckten av en exoplanet som kretsar i en "perfekt tidvattenstorm" visar ytterligare den myriad av egenskaper som exoplaneter och exoplanetära system uppvisar samtidigt som de står i kontrast till både vårt eget solsystem och vad astronomer har lärt sig om dem fram till nu. Om den bekräftas, kommer TOI-6713.01 att fortsätta att forma vår förståelse angående bildandet och utvecklingen av exoplaneter och exoplanetära system i inte bara vår Vintergatans galax utan också i hela kosmos.
"Universum är en fantastisk plats!" Dr Kane berättar för Universe Today. "Det roliga med det här projektet är att allt började med "Hmm ... det här kan vara intressant" och sedan förvandlades till något mycket mer fascinerande än jag hade kunnat föreställa mig! Det visar sig bara, missa aldrig chansen att följa din nyfikenhet."
Mer information: Stephen R. Kane et al, A Perfect Tidal Storm:HD 104067 Planetary Architecture Creating an Incandescent World, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.17062
Journalinformation: Astronomisk tidskrift , arXiv
Tillhandahålls av Universe Today
