Planeterna dansar i takt

Ungefär 200 ljusår bort, i Bildhuggarens stjärnbild, finns en liten orange stjärna, TOI-178, med minst sex planeter. Fem av dem har banor som har anpassat sig till varandra enligt en regelbunden rytm. Banorna förhåller sig till varandra med nära nog hela tal – på samma tid som den yttersta av dem gör två varv runt stjärnan gör nästa tre, den närmast innanför den fyra, och planeterna innanför den sex respektive tolv varv. Det här mönstret kallas för en resonanskedja. Bara den allra innersta upptäckta planeten är inte med i kedjan.

– Det intressanta är att vi först bara hittade fem planeter, men vi såg att det fattades ett element i kedjan av resonanser. Vi räknade ut vilken period den borde ha, och sedan tittade vi en halv dag med rymdteleskopet Cheops för att se om den resonansen fanns, berättar astronomen Alexis Brandeker vid Stockholms universitet, som varit med och arbetat med upptäckten.

Resonanser uppstår när planeternas banor påverkar varandra. Om de möts på samma sida varje gång de passerar varandra i sina banor ger de varandra en regelbunden knuff, vilket gör att de med tiden har radat upp sig på detta välordnade sätt. Samma sorts resonanskedja finns till exempel bland Jupiters månar. Fenomenet orsakar också tomma band i Saturnus ringar, för att de små partiklarna som utgör ringarna kastas bort från de banor där de hamnar i resonans med någon måne. Resonanskedjor har observerats i flera planetsystem, men långa kedjor är ovanliga eftersom de förstörs av yttre störningar.

Något som gör systemet vid TOI-178 annorlunda är att planeterna tycks komma i fel ordning. Enligt den vanliga förståelsen av hur planeter bildas kan flyktiga ämnen bara kondensera och bilda planeter på längre avstånd från sin stjärna, medan steniga planeter uppstår närmare. Så ser det ut i vårt solsystem, med jorden och andra stenplaneter närmast solen, och sedan gasjättarna, följda av isjättarna Uranus och Neptunus längre ut. Kring TOI-178 tycks en stenig planet följas av en fluffig gasplanet, och sedan återigen en tätare planet i stil med Neptunus.

Alla planeterna befinner sig mycket nära sin stjärna, med omloppstider på mellan två och tjugoen dagar. De har troligen bildats längre ut och migrerat närmare sin stjärna. Kanske de har bytt plats på vägen.

– Det tål att tänka på, säger Alexis Brandeker.

Den här typen av studier kan ge viktiga ledtrådar för att förstå hur stjärnsystem uppstår och utvecklas. Nu kan forskarna se saker som inte var möjliga tidigare. En annan av de astronomer som varit med och gjort denna studie är Carina Persson vid Chalmers, som skrev om sina förhoppningar för rymdteleskopet Cheops i F&F 10/2019.

– Det här visar att Cheops kan upptäcka planeter nästan lika små som jorden, även om de kretsar kring ljussvaga stjärnor. Sådana här observationer är inte möjliga att utföra med markbaserade teleskop, skriver Carina Persson i ett mejl.

En av de frågor som nu uppstår är om resonanskedjan fortsätter med fler oupptäckta planeter.

– Det är någonting vi följer upp just nu, säger Alexis Brandeker.

Nästa planet i följden skulle i så fall befinna sig på tillräckligt stort avstånd för att vara i planetens beboeliga zon där det kan finnas flytande vatten. Men att upptäcka den blir svårare, så det återstår att se vad sökandet ger.