Astronomía

¿Puede una estrella orbitar alrededor de múltiples planetas o un planeta con lunas masivas?

¿Puede una estrella orbitar alrededor de múltiples planetas o un planeta con lunas masivas?


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Nota: no estoy hablando de una estrella orbitando alrededor de un planeta solitario o solitario :)

Sé que una estrella orbitando un planeta es casi imposible porque si un planeta es más masivo que una estrella, ese "planeta" probablemente sería una estrella. Pero, ¿qué tal si el planeta no está solo como:

  1. Un sistema planetario múltiple que consta solo de planetas que flotan libremente, pero los planetas son tan masivos que su masa total es mayor que una estrella.

  2. Un planeta en sí no es más masivo que una estrella, pero tiene muchas lunas masivas.

¿Es posible que una estrella muy pequeña orbite alrededor de planetas en tales situaciones?


Hay formas teóricas de hacerlo, pero es tan poco probable que probablemente no exista. Suponiendo que desee un sistema en el que los planetas estén en órbitas estables entre sí. La dificultad básica es el problema de los 3 cuerpos o el problema del cuerpo. Más sobre esto aquí y aquí.

Por ejemplo, un planeta masivo podría (en teoría) tener una sola luna supermasiva de masa similar a la del planeta, aunque probablemente se consideraría un sistema de 2 planetas. No es posible que un planeta tenga dos lunas supermasivas porque eso no sería estable. En general, los planetas tienen muchas veces la masa de todas sus lunas combinadas, de manera similar, las estrellas tienen muchas veces la masa de todos sus planetas combinados y cuando eso deja de ser cierto, el sistema ya no es estable. Es muy difícil generar suficiente masa agregando lunas a un sistema, o agregando suficientes planetas para ser más masivos que el sol, a menos que los planetas choquen entre sí pero superen cierta masa, dejarían de ser planetas y se convertirían en una especie. de estrella cuando se combinan suficientes planetas.

Si miramos los sistemas gravitacionales, como nuestro sistema solar, algo así como el 99,7% de la masa está en el sol, por lo que el sol domina y todo gira alrededor del sol. Algunos de los objetos más grandes tienen lunas y, curiosamente, pero solo porque están en órbitas relativamente tranquilas lejos de otros planetas, algunos asteroides se orbitan entre sí, pero el sistema está muy estructurado alrededor del sol con zonas orbitales estables mucho más pequeñas. alrededor de los planetas.

Plutón también tiene un sistema orbital propio bastante curioso, probablemente causado por un impacto, donde Plutón y Caronte son comparativamente grandes y 4 pequeñas lunas orbitan alrededor de ellos.

Fuente:

Pero este tipo de sistemas estructurados solo son posibles si tiene un diferencial de masa significativo. Cuando tienes 3 o más cuerpos de masa similar y distancia similar, obtienes un alto grado de caos e inestabilidad matemática. Existen trucos matemáticos creativos para que funcione, pero ninguno de ellos es estable o probable.

Así es como se ven 3 cuerpos de masa similares, y en tal sistema, con cambios constantes, el escenario más probable es que uno de los cuerpos finalmente sea expulsado. (fuente, problema de N-body arriba)

Hay sistemas estelares con varias estrellas, pero son inestables o contienen diferencias significativas en masa. La estructura gravitacional se aplica a los planetas grandes de la misma manera que a las estrellas, y hay un artículo sobre eso aquí.

Puede crear estabilidad teniendo 2 objetos orbitando entre sí y un tercer objeto masivo bastante distante. (Alpha Centauri es ese tipo de configuración, aunque Proxima Centauri es bastante más pequeño, pero es el mismo sistema).

Incluso puedes crear la jerarquía en la que tienes 2 objetos orbitando entre sí y luego 2 más, orbitando entre sí, pero distantes, de modo que los 2 coorbitales orbitan entre sí, y si haces esto suficientes veces, puedes crear lo suficiente. masa planetaria en la que una estrella más masiva podría orbitar de manera distante todo, pero se vuelve muy estructurada y muy distante. No es lo que yo consideraría una órbita normal.

También podría hacer trampa y tener varios planetas en una órbita de proximidad general tremendamente inestable y tener una estrella a cierta distancia orbitando el caótico desorden en el medio, pero no sería estable por mucho tiempo.


No olvide que hay enanas marrones entre planetas y estrellas en masa. Los planetas más pesados ​​tienen alrededor de una docena de masas de Júpiter, y las estrellas más ligeras tienen un poco más de 80 masas de Júpiter (del artículo de Wikipedia sobre las enanas marrones). Esto significa que necesitaría algún tipo de sistema de siete super-Júpiter para que una enana roja orbite alrededor. Como userLTK dejó en claro en la respuesta aceptada, realmente no hay una configuración estable plausible donde esto funcione.

Sin embargo, puedo proponer una configuración estable inverosímil. En un universo vacío, o en un espacio intergaláctico profundo, dos objetos pueden estar muy separados y aun así orbitarse entre sí de manera estable. Entonces, imagina dos super-Júpiter orbitando su centro de gravedad común. Lejos de ellos, un tercer super-Júpiter orbita a la pareja. Más exactamente, orbita el centro de gravedad común del sistema de 3 planetas.

Debido a que el sistema está tan aislado, podemos, a menos que me equivoque, repetir el proceso indefinidamente. Siempre puedes moverte lo suficientemente lejos de un cúmulo para que sea casi un punto desde tu perspectiva y luego orbitar el centro de gravedad entre tú y ese punto. Usando ese proceso, construyes un sistema con siete o más super-Júpiter y una enana roja orbitando muy lejos.

Si tal sistema existiera, lo consideraría evidencia de ingeniería estelar intencional. Tal cadena de órbitas perfectas es una coincidencia demasiado grande.


PLANETPLANET

Construyendo el sistema solar definitivo, parte 6: un sistema con múltiples estrellas

En esta publicación llevaremos el Ultimate Solar System al siguiente nivel. El ingrediente clave que agregaremos es la multiplicidad. Habrá muchas estrellas en este sistema, no solo una o dos.

Un resumen rápido. En la parte 5 se nos ocurrieron dos formas diferentes de empaquetar planetas en la zona habitable de nuestra estrella, donde nuestros mundos podrían albergar vida. Ultimate Solar System 1 solo incluía planetas similares a la Tierra (rocosos) (en una configuración orbital funky). En Ultimate Solar System 2, la mitad de los mundos similares a la Tierra no eran planetas sino lunas de planetas gigantes.

No pude elegir entre estos dos sistemas solares definitivos, así que los elegí a los dos. Los puse en un sistema estelar binario:

El último sistema solar. Consiste en dos de nuestras estrellas elegidas orbitando entre sí a una distancia de aproximadamente 100 Unidades Astronómicas (1 Unidad Astronómica = la distancia Tierra-Sol). Cada estrella alberga uno de nuestros últimos sistemas solares. Publicación original aquí.

Mirando hacia atrás, no creo que el Sistema Solar Definitivo fuera lo suficientemente ambicioso. Por supuesto, agrupamos 60 planetas posiblemente portadores de vida en un solo sistema. ¡Pero lo podemos hacer mejor!

En esta publicación, me centraré en un aspecto del sistema en el que podemos construir: aumentar la cantidad de estrellas en el sistema. Me inspiré en una publicación reciente en la que generé un sistema en el que un planeta tenía cinco soles en el cielo (era una serie de 3 partes: mira aquí, aquí y aquí). Lo que vamos a hacer es construir un sistema que contenga muchas estrellas, cada una de las cuales tiene su propia zona habitable repleta de planetas. Esto nos mete en turbias aguas filosóficas porque ¿con qué amplitud deberíamos definir un & # 8220 sistema planetario & # 8221? Vamos a omitir esa discusión, saltar y construir un nuevo Sistema Solar Ultimate de Estrellas Múltiples (si tiene una opinión sobre esto, no dude en dejar un comentario).

Muchas estrellas tienen estrellas compañeras. Un sistema binario es simplemente dos estrellas que se orbitan entre sí. Nuestro Ultimate Solar System original formó un sistema binario con las dos estrellas separadas por aproximadamente 100 Unidades Astronómicas. Hay muchos sistemas estelares triples, cuádruples, quíntuples e incluso séxtuples conocidos. Por ejemplo, así es como se ve el sistema Castor de 6 estrellas:

Crédito: Caetano Julio / NASA JPL.

Los sistemas estelares siguen un modelo estándar que mantiene estables sus órbitas. Están organizados en una configuración jerárquica. Lo que eso significa es que cada conjunto de órbitas está en una escala de tamaño diferente. Los tamaños de las órbitas de las estrellas no van 1-2-3, van 1-10-100. Cualquier estrella está realmente cerca de otra estrella. Después de eso, otras estrellas están mucho más lejos.

Aquí hay una caricatura de un sistema jerárquico de 8 estrellas:

Un sistema jerárquico de 8 estrellas. Los círculos muestran los caminos de las estrellas y las órbitas # 8217. Esta imagen no está a escala. La separación entre los binarios cercanos (la distancia entre a y b, o entre c y d, etc.) debe ser aproximadamente 10 veces menor que la separación entre pares de binarios cercanos (la distancia entre a + by c + d, o e + f y g + h). Nota técnica: este sistema tiene un jerarquía de 3 (ver aquí).

Este sistema es jerárquico porque cada par cercano de estrellas (estrellas ayb, byc, etc.) está mucho más cerca entre sí que cualquier otra estrella (o par de estrellas). La separación entre las estrellas ayb es mucho más pequeña que la separación entre las estrellas a + by c + d, que es mucho más pequeña que la separación entre las estrellas a + b + c + d y e + f + g + h. Digamos que la separación entre los binarios más cercanos es de 0,1 unidades astronómicas, la separación entre cada par de binarios cercanos es 1 unidad astronómica y la separación entre grupos de 4 estrellas es 10 unidades astronómicas.

Una configuración jerárquica puede duplicar el número de estrellas por cada nivel adicional de jerarquía. Por ejemplo, dejemos que & # 8217s comience desde el sistema de 8 estrellas en la imagen de arriba. Podemos tomar dos sistemas de 8 estrellas y ponerlos en órbita uno alrededor del otro. Necesitamos asegurarnos de que la nueva órbita sea muy amplia, unas diez veces más grande que el siguiente nivel. En nuestra configuración, los dos sistemas de 8 estrellas necesitarían estar separados por unas 100 Unidades Astronómicas para que todo el sistema sea estable.

Este sistema es simplemente dos de los sistemas jerárquicos de 8 estrellas colocados en órbita uno alrededor del otro. Este sistema tiene un nivel de jerarquía de 4. No está a escala.

Vamos a seguir adelante. De hecho, podemos tomar dos sistemas jerárquicos de 16 estrellas y colocarlos en órbita uno alrededor del otro. Ahora el tamaño de la órbita más grande es de 1000 Unidades Astronómicas y hay 32 estrellas en el sistema.

¿Hasta dónde podemos llegar con esto? ¿Qué tan grande de un sistema estelar jerárquico podemos construir razonablemente? (¿Son realmente tortugas hasta el fondo?) Si un sistema se vuelve demasiado grande, entonces siente patadas gravitacionales de la propia Galaxia, de otras estrellas y nubes gigantes de gas. Estas patadas adicionales comienzan a cambiar las estrellas y las órbitas # 8217 cuando las estrellas están separadas por unas 1000 unidades astronómicas. Las órbitas mayores de aproximadamente 100.000 unidades astronómicas están realmente en el límite y pueden romperse en casi cualquier momento.

Ahora, introduzcamos planetas en sistemas estelares jerárquicos. Por ahora no nos preocuparemos por los planetas en sí, sino por las estrellas y las zonas habitables.

En contraste con nuestro pensamiento anterior (de la parte 1 de esta serie), ahora el tipo de estrella realmente importa. Las estrellas más pequeñas y de menor masa son más débiles, por lo que sus zonas habitables son más compactas que las zonas habitables de estrellas más grandes y masivas. En nuestra búsqueda para aumentar la cantidad de estrellas en un sistema dado, tiene sentido elegir estrellas de baja masa, a veces llamadas enanas rojas.

En los sistemas estelares jerárquicos anteriores, las estrellas binarias más cercanas estaban separadas por 0,1 Unidades Astronómicas. Dejemos que & # 8217s cambie las dos estrellas en esos binarios cercanos por una estrella y su zona habitable. Para que esto encaje, necesitamos estrellas cuyas zonas habitables estén a aproximadamente 0,1 Unidades Astronómicas de distancia. Eso está 10 veces más cerca que la zona habitable del Sol, lo que significa que las estrellas que queremos son 100 veces más débiles que el Sol. Queremos enanos M. (Del tipo que es un poco más fresco que Kepler-186). Las enanas M son mucho más comunes en la Galaxia que las estrellas similares al Sol, por lo que tiene sentido usarlas para construir un sistema estelar.

Después del cambio, así es como se ve el sistema jerárquico de 8 estrellas:

Un sistema jerárquico de 4 estrellas. Los anillos verdes, que reemplazaron a las estrellas binarias cercanas en el sistema jerárquico de 8 estrellas, representan la zona habitable de cada estrella.

En lugar de dos estrellas orbitando entre sí, las estrellas binarias más cercanas son ahora enanas M orbitadas por zonas habitables. Estas zonas habitables son estables y cada una puede albergar planetas. Volveremos a eso.

El siguiente paso es simplemente agregar otro nivel de jerarquía. Pongamos & # 8217s dos sistemas & # 8212 cada uno con 4 estrellas con zonas habitables estables & # 8212 en órbita uno alrededor del otro:

Ahora tenemos hasta 8 estrellas, cada una con una zona habitable estable que puede albergar planetas. Dejemos que & # 8217s continúe, agreguemos una capa más y dupliquemos el número de estrellas por última vez. Esto es lo que obtenemos:

Un sistema jerárquico que contiene 16 estrellas más cerca de 1000 Unidades Astronómicas. Los pequeños círculos verdes representan la zona habitable de cada estrella (hay 16 de ellos si miras de cerca, pero dos están aplastados debido a todo el asunto jerárquico).

Hemos llegado al límite. No podemos agregar otra capa de jerarquía sin adentrarnos en aguas peligrosas, con las perturbaciones gravitacionales galácticas jugando el papel del cocodrilo.

Tenemos la infraestructura para nuestro último Sistema Solar de múltiples estrellas. Contiene 16 estrellas enanas M. La zona habitable de cada estrella está bien separada de cualquier otra estrella y es dinámicamente estable. Incluso con tantas estrellas en el sistema, la luz de las otras estrellas no tiene un efecto apreciable en la zona habitable, ya que la estrella más cercana está 10 veces más lejos y 100 veces más débil.

¡Dejemos que los & # 8217s llenen estas zonas habitables de planetas! Sabemos (por la parte 3 y la parte 4 de esta serie) cómo empaquetar tantos planetas como sea posible en la zona habitable mientras se mantienen estables sus órbitas. Como vimos en la parte 5, podemos colocar alrededor de treinta mundos portadores de vida en la zona habitable (24 en Ultimate Solar System 1 y 36 en Ultimate Solar System 2).

Es tentador simplemente elegir 16 copias de Ultimate Solar System 2. Esto daría 576 mundos habitables en el sistema, en comparación con solo 384 si elegimos 16 copias de Ultimate Solar System 1. Sin embargo, M estrellas enanas no tienen tantos gases planetas gigantes como estrellas similares al Sol. Así que Ultimate Solar System 1 es una opción más razonable que Ultimate Solar System 2 para la mayoría de las estrellas de este sistema. Y mientras haya algunos Ultimate Solar System 2 & # 8217s, el número de planetas sigue siendo superior a 400. No está nada mal.

Así es como se ve nuestro Ultimate Solar System de 16 estrellas:

El último sistema solar de 16 estrellas. Cada círculo verde es una zona habitable de una estrella. Las estrellas enanas de 16 M están dispuestas en una configuración jerárquica. La zona habitable de cada estrella está lo suficientemente lejos de otras estrellas para ser estable, y contiene entre 24 y 36 planetas (ver aquí) para un total de hasta 576 mundos posiblemente portadores de vida en el sistema.

¡Lo hicimos! Este es un gran paso desde el Ultimate Solar System original, ¡de 60 mundos habitables a 400 o más! Algunos podrían decir que incluso & # 8217s & # 8220Ultimater & # 8221!

RESUMEN: Construimos un sistema jerárquico gigante (1000 Unidades Astronómicas de ancho) con 16 estrellas y zonas habitables estables. Al empaquetar planetas en esas zonas habitables, creamos un sistema que contiene más de 400 (y hasta 576) mundos potencialmente habitables. ¡Auge!

Imagínese las historias que se contarán en un sistema como este. Batallas astronómicas que enfrentan a un mundo contra otro. Rivalidades entre planetas que orbitan diferentes estrellas. Alianzas entre criaturas en lunas, planetas troyanos o planetas binarios. Adquisiciones hostiles de planetas y lunas. Imagínese una banda adorable de vagabundos morenos que exploran diferentes partes del sistema, persiguiendo aventuras mientras huyen de su pasado (estoy pensando en Firefly, me encanta ese programa). ¿Cuánto tiempo tardarían los habitantes de un planeta en descubrir los planetas que orbitan otras estrellas? ¿Cómo se vería el cielo en estos mundos?

Hablando de contar historias, tengo una confesión. Esta publicación es solo una configuración para una historia que contaré en la próxima publicación. Algo no tan alegre se está gestando en el Ultimate Solar System de 16 estrellas & # 8230 Siga leyendo para saber qué sucede cuando un buen sistema planetario falla.


Sistemas estelares de segunda oportunidad

El 16 de septiembre, un equipo de astrónomos dirigido por Andrew Vanderburg (Universidad de Wisconsin-Madison) anunció en Naturaleza que habían descubierto el primer exoplaneta intacto orbitando cerca de una enana blanca.

"No esperábamos encontrar un planeta que estuviera intacto", dice Vanderburg. “Esperábamos encontrar más planetas que estuvieran siendo destruidos. Este parece haber superado las partes más peligrosas de su evolución ".

El planeta, WD 1856b, está a 80 años luz de la Tierra en la constelación de Draco. Es siete veces más grande que su anfitrión y orbita tan cerca que transita cada 1,4 días. Pero, ¿cómo escapó ileso del caos de la agonía de su estrella? ¿Y cómo podrían los estudios de este tipo de mundos enriquecer el creciente campo de la investigación de exoplanetas? Vanderburg y sus colegas estiman que el planeta debe haberse originado al menos 50 veces más lejos de lo que está ahora, tomando un camino sinuoso e increíblemente improbable hasta la puerta de su anfitrión y luego, de alguna manera, asegurando una órbita estable.

"Sabemos que los planetas migran hacia adentro a veces debido a los Júpiter calientes", dice Thea Kozakis (Universidad Técnica de Dinamarca), miembro del equipo de un estudio complementario publicado el 20 de septiembre. Cartas de revistas astrofísicas.

“Cuando encontramos estos mundos por primera vez”, dice Kozakis, “no teníamos idea de cómo podría suceder eso, porque los gigantes gaseosos simplemente no pueden formarse tan cerca de la estrella anfitriona. Con el tiempo, nos dimos cuenta de que se habían formado más lejos y luego se movieron ".


Se han descubierto cuatro planetas masivos en órbita alrededor de una joven estrella distante

Los investigadores han identificado una estrella joven con cuatro planetas del tamaño de Júpiter y Saturno en órbita a su alrededor, la primera vez que se detectan tantos planetas masivos en un sistema tan joven. El sistema también ha establecido un nuevo récord para el rango de órbitas más extremo observado hasta ahora: el planeta más externo está más de mil veces más lejos de la estrella que el más interno, lo que plantea preguntas interesantes sobre cómo podría haberse formado tal sistema.

La estrella tiene solo dos millones de años, una "niña pequeña" en términos astronómicos, y está rodeada por un enorme disco de polvo y hielo. Este disco, conocido como disco protoplanetario, es donde se forman los planetas, lunas, asteroides y otros objetos astronómicos en sistemas estelares.

Ya se sabía que la estrella era notable porque contiene el primer llamado Júpiter caliente - # 8211 un planeta masivo que orbita muy cerca de su estrella madre & # 8211 que ha sido descubierto alrededor de una estrella tan joven. Aunque los Júpiter calientes fueron el primer tipo de exoplaneta que se descubrió, su existencia ha desconcertado a los astrónomos durante mucho tiempo porque a menudo se piensa que están demasiado cerca de sus estrellas madre como para haberse formado in situ.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Cambridge, Inglaterra, ha utilizado el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) para buscar "hermanos" planetarios de este Júpiter caliente infantil. Su imagen reveló tres espacios distintos en el disco, que, según su modelo teórico, probablemente fueron causados ​​por tres planetas gigantes gaseosos adicionales que también orbitan alrededor de la estrella joven. Sus resultados se informan en Las cartas del diario astrofísico .

La estrella, CI Tau, se encuentra a unos 500 años luz de distancia en una región de "vivero" estelar altamente productiva de la galaxia. Sus cuatro planetas difieren mucho en sus órbitas: el más cercano (el Júpiter caliente) está dentro del equivalente a la órbita de Mercurio, mientras que el más lejano orbita a una distancia más de tres veces mayor que la de Neptuno. Los dos planetas exteriores tienen aproximadamente la masa de Saturno, mientras que los dos planetas interiores tienen aproximadamente una y 10 veces la masa de Júpiter, respectivamente.

Como los Júpiter calientes son planetas enormes que orbitan cerca de su estrella anfitriona, son más fáciles de detectar. Crédito de la imagen: NASA / ESA / G. Tocino (STScI) / N. Madhusudhan (UC)

El descubrimiento plantea muchas preguntas a los astrónomos. Alrededor del uno por ciento de las estrellas albergan Júpiter calientes, pero la mayoría de los Júpiter calientes conocidos son cientos de veces más antiguos que CI Tau. “Actualmente es imposible decir si la arquitectura planetaria extrema vista en CI Tau es común en los sistemas de Júpiter caliente porque la forma en que se detectaron estos planetas hermanos y # 8211 a través de su efecto en el disco protoplanetario, no funcionaría en sistemas más antiguos que ya no tienen un disco protoplanetario ”, dice la profesora Cathie Clarke del Instituto de Astronomía de Cambridge.

Según los investigadores, tampoco está claro si los planetas hermanos desempeñaron un papel en la conducción del planeta más interno hacia su órbita ultra cercana, y si este es un mecanismo que funciona para producir Júpiter calientes en general. Y otro misterio es cómo se formaron los dos planetas exteriores.

“Los modelos de formación de planetas tienden a enfocarse en poder hacer los tipos de planetas que ya se han observado, por lo que los nuevos descubrimientos no necesariamente se ajustan a los modelos”, dice Clarke. “Se supone que los planetas de masa de Saturno se forman acumulando primero un núcleo sólido y luego introduciendo una capa de gas en la parte superior, pero se supone que estos procesos son muy lentos a grandes distancias de la estrella. La mayoría de los modelos tendrán dificultades para hacer planetas de esta masa a esta distancia ".

La tarea que tenemos por delante será estudiar este desconcertante sistema en múltiples longitudes de onda para obtener más pistas sobre las propiedades del disco y sus planetas. Mientras tanto, ALMA, el primer telescopio con la capacidad de obtener imágenes de planetas en proceso, probablemente arrojará más sorpresas en otros sistemas, remodelando nuestra imagen de cómo se forman los sistemas planetarios.

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Un sistema de seis planetas baila al compás de la gravedad

Los astrónomos han encontrado un notable sistema solar, un sistema de planetas que orbitan alrededor de una estrella cercana. Por un lado, hay al menos seis planetas que se encuentran allí. Por otro lado, los cinco planetas exteriores están orbitando la estrella en sincronía, ¡moviéndose como bailarines al son de la gravedad!

La estrella se llama TOI-178 y está a más de 200 años luz de la Tierra. TOI son las siglas de TESS Object of Interest, una estrella con planetas candidatos detectados por el Satélite de Encuesta de Exoplanetas en Tránsito (lo que hace que TOI sea una abreviatura con un acrónimo incrustado que no es importante, pero por alguna razón esos me ríen).

Más mala astronomía

TESS busca caídas periódicas y regulares en la luz de las estrellas, lo que indica que estamos viendo que el planeta pasa directamente frente a su estrella, haciendo un mini-eclipse, lo que llamamos un tránsito. Eso solo sucede cuando vemos la órbita de canto. Pero a partir de ahí se puede encontrar el período (el "año" del planeta) y el tamaño del planeta: un planeta más grande bloquea más luz.

Cuando los astrónomos analizaron las observaciones de TESS de TOI-178, encontraron que hay seis planetas orbitando la estrella, ¡y los cinco planetas exteriores tienen períodos que son simples múltiplos entre sí!

Los planetas se llaman TOI-178b a TOI-178g (el primer planeta descubierto recibe el nombre de la estrella más una minúscula B). Los períodos de los planetas, en orden desde la estrella y en días terrestres, son b = 1,91, c = 3,24, d = 6,56, e = 9,96, f = 15,23 y g = 20,71.

Eche un vistazo a esos números: el planeta d tarda casi el doble de tiempo en orbitar la estrella que el planeta c, por lo que c da la vuelta a la estrella dos veces en el tiempo que tarda d en dar una vuelta. El período del planeta e es tres veces mayor que el de c, por lo que c da una vuelta tres veces por cada vez que e da una vuelta. El planeta f gira dos veces por cada tres veces que lo hace el planeta e y, finalmente, el planeta g gira 3 veces por cada cuatro veces que lo hace el planeta f.

Cuando un planeta tiene un período que es un múltiplo simple (un número que se puede expresar como una fracción con dos números enteros, como 2/3 o 5/4) decimos que están en resonancia. En este caso, es un cadena de resonancia, con los cinco planetas exteriores moviéndose en períodos múltiples simples.

Esta animación del sistema TOI-178 reproduce un tono cada vez que uno de los cinco planetas exteriores completa la mitad o una órbita completa, con un tono diferente para cada planeta. Debido a que los períodos orbitales de los planetas son simples múltiplos entre sí, los patrones se repiten con regularidad. Crédito: ESO / L. Calçada

Sabemos de algunos sistemas como este TOI-178 lleva el número a 5. En cierto sentido, surgen de forma natural y fácil. Los planetas se forman a partir de un disco de gas y polvo alrededor de la estrella y, a medida que interactúan con ese disco, sus órbitas cambian. Tienden a acercarse lentamente a la estrella. Pero a medida que eso sucede, pueden moverse hacia un patrón de resonancia, y sus interacciones gravitacionales tienden a reforzar ese patrón. Si un planeta se mueve un poco demasiado rápido, el planeta exterior lo empuja un poco hacia atrás y viceversa.

Por otro lado, cuando tienes cinco planetas en una cadena como esta, puede ser algo delicado si un planeta está fuera de lugar aunque sea un poquito, puede alterar todo el baile, y los períodos de los planetas cambiarán, interrumpiendo la resonancia. Esto nos dice algo sobre cómo se formaron: debe haber sido un proceso relativamente suave, lo que les permitió establecerse en estas órbitas. Si hubiera habido otro gran planeta tirando de ellos, habría roto la cadena. La estrella tiene aproximadamente 7 mil millones de años, por lo que este sistema se ha mantenido estable durante mucho tiempo.

Observaré que estos planetas están bastante cerca de su estrella, que es lo que llamamos una estrella de tipo K, más pequeña y más fría que el Sol. Aún así, están muy cerca y todos cocinados por eso.

Comparación de tamaño entre la Tierra (izquierda) y Neptuno (derecha). Crédito: NASA / jcpag2012 en wikimedia

Los tránsitos también nos dicen los tamaños de los planetas: en orden desde la estrella, el tamaño de los planetas en relación con la Tierra es b = 1,18, c = 1,71, d = 2,64, e = 2,17, f = 2,38, g = 2,91. Todos son más grandes que la Tierra, pero más pequeños que Neptuno, por eso los llamamos super-Tierras en el extremo inferior y mini-Neptuno en el extremo más grande. Pero están todos mezclados. En nuestro sistema solar, los planetas más pequeños orbitan más cerca y los gigantes más lejos. Ese no es el caso aquí.

Impar. Pero hay más. Los astrónomos siguieron el descubrimiento con otros telescopios para medir la velocidad refleja de la estrella, que nos dice qué tan masivos son los planetas (a medida que orbitan la estrella, tiran de ella, haciéndola girar en un patrón complejo cuanto más masiva es la estrella). planeta más fuerte tira).

Si calcula la densidad de los planetas (la masa dividida por el volumen), está aún más confuso. En términos de la densidad de la Tierra (aproximadamente 5,5 gramos por centímetro cúbico, o 5,5 veces más denso que el agua), en orden, los planetas de TOI-178 son b = 0,91, c = 0,9, d = 0,15, e = 0,39, f = 0,58, g = 0,19. Entonces, los dos internos son un poco menos densos que la Tierra, pero d es mucho menos, con e es mucho más denso que d, y f aún más denso, y luego g es mucho más bajo. ¡Están por todos lados!

Obra de arte que representa el sistema de seis planetas que orbita la estrella TOI-178. Crédito: ESO / L. Calçada / spaceengine.org

La densidad es importante porque te dice qué tipo de planeta es. Los gigantes gaseosos tienen densidades de hasta 0,2 Tierras más o menos, y planetas rocosos / metálicos más cercanos a 1. Aquí vemos que están mezclados en su orden desde la estrella, completamente diferente a nuestro propio sistema solar. Eso es difícil de explicar y nos dice alguna cosa importante acerca de cómo se formaron estos planetas. Simplemente no sabemos exactamente qué todavía.

Estoy encantado de que encontremos todos estos sistemas tan diferentes al nuestro. Iba a llamarlos "extraños" primero, pero me pregunto. Si este está a solo 200 años luz de distancia, implica que sistemas como este son comunes, parece que hay muchas probabilidades de que uno esté tan cerca si fueran increíblemente raros.

Quizás fueron el extraño sistema. Creo que eso también sería delicioso. Tal vez simplemente parecemos normales porque somos lo que estamos acostumbrados y en eso basamos nuestra opinión.

Si hay una lección moral ahí, bueno, tal vez deberíamos escuchar más al Universo.


Se han descubierto tres planetas masivos en este extraño sistema estelar, desconcertando a los científicos

En un nuevo e intrigante descubrimiento, los astrónomos han identificado tres enormes planetas gaseosos que orbitan alrededor de una estrella joven, según un estudio publicado en el Cartas de revistas astrofísicas. La estrella ya albergaba un gigante gaseoso y mdash, lo que elevaba a cuatro el número total de grandes mundos que la orbitan.

No solo es la primera vez que se detectan tantos planetas masivos alrededor de una estrella tan joven, sino que el sistema también ha establecido un nuevo récord por tener el rango más extremo de órbitas conocidas, con el planeta más externo más de mil veces más lejos. de la estrella. Juntos, estos hallazgos plantean preguntas sobre cómo se formaron tales sistemas.

La estrella, conocida como CI Tau, tiene "solo" dos millones de años, lo que significa que todavía está cerca del comienzo de su ciclo de vida. Al igual que otras estrellas jóvenes, está rodeada por un vasto disco de polvo y hielo, conocido como disco protoplanetario, en el que se forman planetas, lunas, asteroides y otros objetos astronómicos.

El sistema CI Tau se encuentra ubicado a unos 500 años luz de distancia en una región altamente productiva de la galaxia "nursey estelar" y mdashis ya es notable por contener el primer "Júpiter caliente" alrededor de una estrella tan joven. Los Júpiter calientes son una clase de exoplanetas gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de su estrella anfitriona, lo que generalmente significa que tienen temperaturas de superficie increíblemente altas. La existencia de estos planetas ha desconcertado a los astrónomos durante mucho tiempo porque se cree que están demasiado cerca de sus estrellas para haberse formado en sus posiciones actuales.

Usando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), el equipo identificó tres brechas distintas en el disco protoplanetario, que según los modelos teóricos fueron causadas por tres planetas gigantes gaseosos adicionales que orbitan la estrella, además del ya conocido Júpiter caliente.

Estos cuatro planetas tienen un rango de masas y mdash desde la masa de Saturno hasta 10 veces la de Júpiter y mdash y tienen órbitas muy diferentes. El más cercano es el caliente Júpiter, que está más cerca de la estrella que Mercurio de nuestro Sol. Mientras tanto, los dos planetas más lejanos orbitan a una distancia más de tres veces mayor que la de Neptuno.

Estas propiedades del sistema lo hacen particularmente desconcertante e interesante para los astrónomos, especialmente dado que el uno por ciento de las estrellas que albergan Júpiter calientes tienden a ser cientos de veces más antiguas que CI Tau.

"Actualmente es imposible decir si la arquitectura planetaria extrema vista en CI Tau es común en los sistemas calientes de Júpiter porque la forma en que estos planetas hermanos fueron detectados y mdash a través de su efecto en el disco protoplanetario y mdas no funcionaría en sistemas más antiguos que ya no tienen un disco protoplanetario, "Cathie Clarke del Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge, la primera autora del estudio, dijo en un comunicado.

Tampoco está claro si los tres mundos recién detectados ayudaron a empujar al caliente Júpiter a su órbita muy cercana y si este proceso es común entre dichos planetas. Además, los investigadores no han podido explicar cómo se formaron los planetas exteriores.

"Los modelos de formación de planetas tienden a enfocarse en poder hacer los tipos de planetas que ya se han observado, por lo que los nuevos descubrimientos no necesariamente se ajustan a los modelos", dijo Clarke. "Se supone que los planetas de masa de Saturno se forman acumulando primero un núcleo sólido y luego tirando de una capa de gas en la parte superior, pero se supone que estos procesos son muy lentos a grandes distancias de la estrella. La mayoría de los modelos tendrán dificultades para hacer planetas de este masa a esta distancia ".

The next steps for the researchers will be to further investigate this puzzling star system at multiple wavelengths using ALMA in an attempt to unravel more of its secrets.


5 planets found in unusual rhythmic dance around a star 200 light-years away

Astronomers have discovered a planetary system including six planets and it’s not quite like anything they’ve seen before. The system could challenge the theories scientists have about how planets form and change over time.

Our solar system is just one of many planetary systems, and so far, no two systems are alike. The systems vary in the number and type of planets they contain.

About 200 light-years away from us is the star TOI-178, found in the Sculptor constellation. The research team initially thought there were only two stars orbiting the planet.

A closer look revealed something else entirely.

“Through further observations we realized that there were not two planets orbiting the star at roughly the same distance from it, but rather multiple planets in a very special configuration,” said lead study author Adrien Leleu, a CHEOPS fellow at the University of Bern, Switzerland, in a statement. (CHEOPS stands for the European Space Agency’s CHaracterizing ExOPlanet Satellite.)

The study published Monday in the journal Astronomy & Astrophysics.

Five of the six planets are essentially locked in a rare rhythmic orbit around the stars, creating a resonance. This means that some of the planets are actually aligned every few orbits and that there are discernible patterns as the planets complete their orbits.

This happens around Jupiter in our solar system as three of its moons, Io, Europa and Ganymede, orbit the gas giant. Io is the closest of the three moons. For every four orbits it completes around Jupiter, Europa completes two and Ganymede completes one. This creates a 4:2:1 pattern.

The resonant orbits of the TOI-178 system are more complicated. It’s one of the longest resonant chains found in a planetary system, the researchers said.

The five outer planets of the system follow this pattern: 18:9:6:4:3.

That means for every 18 orbits of the second closest planet to the star, the third planet completes 9.

A chain of resonance can reveal information about how a planetary system forms and evolves and what it was like in the past.

“The orbits in this system are very well ordered, which tells us that this system has evolved quite gently since its birth,” said study coauthor Yann Alibert, an affiliated professor of astrophysics at the University of Bern, in a statement.

Planetary systems can be volatile places in their early days and disruptions caused by the gravitational influence of large planets can disrupt and kick out others. Other times, impacts between planets or other objects can disrupt systems.

This system has been preserved, hence the resonant orbits. However, the densities of the planets are not well ordered, the researchers said.

“It appears there is a planet as dense as the Earth right next to a very fluffy planet with half the density of Neptune, followed by a planet with the density of Neptune. It is not what we are used to,” said study coauthor Nathan Hara, a postdoctoral researcher and CHEOPS fellow at the Université de Genève, in a statement.

The planets in our solar system are arranged with more dense, rocky planets closest to the sun, while the lower density gaseous planets are farther away.

“This contrast between the rhythmic harmony of the orbital motion and the disorderly densities certainly challenges our understanding of the formation and evolution of planetary systems,” Leleu said.

Multiple telescopes were used to study the system, including the CHEOPS satellite and multiple ground-based telescopes at the European Southern Observatory in Chile.

Exoplanets are difficult to observe directly, but the scientists used two methods to observe them. These methods include radial velocity, or observing starlight for telltale wobbles as planets move around a star in orbit, and transiting, or dips in starlight as planets pass in front of stars.

Both techniques revealed that the planets are much closer and in quicker orbits around their star than Earth is to the sun. For example, the closest planet to the star completes a full orbit in a couple of Earth days the farthest takes about 10 times that.

The planets range in type, including rocky and larger than Earth, known as super-Earths, as well as gaseous planets smaller than those in our solar system, called mini-Neptunes.

While the planets are between one to three times the size of Earth, their masses are 1.5 to 30 times that of Earth.

None of the planets are considered to be in the habitable zone of the star, or the perfect distance from the host star where these planets could support liquid water, or life, on their surfaces.

However, more observations of this system could reveal more planets orbiting the star that are in that zone. Future telescopes will be able to directly image some of these exoplanets and peer into their atmospheres, revealing more of the TOI-178 system’s secrets.


Ask Ethan: Can Two Planets Share The Same Orbit?

Despite the dangers an occasional comet or asteroid strike might bring, our Solar System is actually wonderfully stable place, with all eight planets expected to remain in their orbits, stably, for as long as the Sun lives. But are all solar systems this way? After sifting through our questions and suggestions for Ask Ethan this week, I selected this outstanding question by Dee Hurley:

Is it possible to have a solar system with two planets sharing the same orbit?

It's a really good question, and our own Solar System offers some clues to the answer.

Image credit: Wikimedia Commons user WP.

According to the International Astronomical Union (IAU), there are three things an orbiting body needs to do in order to be a planet:

  1. It needs to be in hydrostatic equilibrium, or have enough gravity to pull it into a spherical shape. (Plus whatever rotational effects distort it.)
  2. It needs to orbit the Sun and no any other body (like another planet).
  3. And it needs to clear its orbit of any planetesimals or planetary competitors.

This last definition, strictly speaking, rules out two planets sharing the same orbit, since the orbit wouldn't be cleared if there were two of them.

Image credit: NASA/Ames/JPL-Caltech.

But why worry about technical definitions? Let's worry, instead, about whether it would be possible to have two Earth-like planets that share the same orbit around their star. The big worry, of course, is gravitation, which can ruin a dual orbit in one of two ways: either a gravitational interaction can "kick" one of the planets very hard, either sending it into the sun or out of the solar system, or the mutual gravitational attraction of the two planets can cause them to merge, resulting in a spectacular collision.

Image credit: NASA/JPL-Caltech.

This latter case is, in fact, something that happened to Earth when the Solar System was only a few tens of millions of years old! The collision resulted in the formation of our Moon, and very likely caused a major resurfacing event on our planet.

Two planets don't do a great job of occupying the same exact orbit, because there's no such thing as true stability in these cases. The best you can do is hope for a quasi-stable orbit, meaning that while, technically, on infinitely long timescales, everything is unstable, you lata obtain configurations that last billions of years before one of these two "bad" things occurs. And for that, I want to introduce you to a concept: Lagrange points.

Image credit: NASA and the WMAP science team, via . [+] http://map.gsfc.nasa.gov/mission/observatory_l2.html.

If you only considered two masses -- the Sun and a single planet -- there are five points (known as Lagrange points) around each one where the gravitational effects of the Sun and the planet cancel out, and all three bodies move in a stable orbit forever. Unfortunately, only two of these Lagrange points, L4 and L5, are stable anything that starts out at the other three (L1, L2, or L3) will unstably move away, and wind up colliding with the planet or getting ejected.

But L4 and L5 are the points around which asteroids collect. The gas giant worlds all have thousands, but even Earth has one: the asteroid 3753 Cruithne, which is presently in a quasi-stable orbit with our world!

Although this asteroid in particular isn't stable on billion-year timescales, it is definitely possible for two planets to share an orbit just like this. It's also possible to have a binary planet, which would be a lot like the Earth/Moon system (or the Pluto/Charon system), except with no clear "winner" as to who's the planet and who's the moon. If you had a system where two planets were comparable in mass/size, and only separated by a short distance, you could have what's known as either a binary or double planet system. Recent studies indicate that this is, in fact, possible.

But there's one more way to do it, and this is something you might not have thought was stable: you can have two planets in two separate orbits, one interior to the other, where the orbits swap periodically as the inner world overtakes the outer world. You might think this is crazy, but our Solar System has an example where this happens: two of Saturn's Moons, Epimetheus and Janus

Every four years, whichever moon is interior (closer to Saturn) comes to overtake the exterior one, and their mutual gravitational pull causes the inner moon to move outward, while the outer moon moves inward, and they swap.

Image credit: Emily Lakdawalla, 2006, via . [+] http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2006/janus-epimetheus-swap.html/.

Over the past 25 years, we've observe these two moons dance quite a bit, and as far as we can tell, this configuration is stable over the lifetime of our Solar System. In other words, it's totally conceivable that we'd have a planetary system somewhere in our galaxy with two planets (rather than moons) that do exactly this!

Image credit: NASA / JPL / David Seal.

The unfortunate news, at least for now, is that out of the thousands of discovered planets around other stars, we don't have any binary planet candidates yet. (You may have heard of one a few years ago, but it was retracted.) Of course, our technology hasn't progressed to the point where we've discovered moons around exoplanets yet, either, and yet we fully expect them to be there.

The reality is that these orbit-sharing circumstances are expected to be rare, but not so exceedingly rare that we don't expect to see it ever. Give us a better planet-finding telescope, a million stars and about 10 years, and I'd be willing to bet we'd find examples of all three cases of planet-sharing orbits. The laws of gravity and our simulations tell us they ought to be there. The only step left is to find them.


Gas Giants Bounce Around — and Collide — in Alien Solar Systems

Gas giants around other stars often travel along highly-elliptical orbits, contrary to common thought, and massive collisions and interactions between gas giants may be to blame, a new study finds. The Cosmic Companion talks to lead researcher Renata Frelikh of UC Santa Cruz.

M ore than 4,000 worlds are now known to orbit stars other than our sun, and a fraction of these are giant worlds, like Jupiter and Saturn, orbiting close to their parent star. Basic laws of physics (as well as common intuition) would indicate that such a world should have a largely-circular orbits, due to the forces acting on the bodies.

Observations of large exoplanets near their stars, however, reveal just the opposite — that many of these worlds are tracing out highly-elliptical orbits as they race around the stellar companion.

“A giant planet is not as easily scattered into an eccentric orbit as a smaller planet, but if there are multiple giant planets close to the host star, their gravitational interactions are more likely scatter them into eccentric orbits,” Renata Frelikh, a graduate student in astronomy and astrophysics at UC Santa Cruz, stated in a press release from UC Santa Cruz.

Get Together or Go Rogue

A new series of simulations show that massive planets which formed close to stars can interact with each other, radically altering each other’s orbits. During a giants-impact phase of planetary evolution, massive planets collide, building up even larger worlds. Our own Moon was likely formed as our budding solar system passed through this stage of development billions of years ago.

“Exoplanetary systems host giant planets on substantially noncircular, close-in orbits. We propose that these eccentricities arise in a phase of giant impacts, analogous to the final stage of solar system assembly that formed Earth’s Moon,” researchers describe in an article published in Cartas de revistas astrofísicas.

Some gravitational interactions between massive worlds are capable of sending planets out of their solar system, to soar free among the stars as rogue planets.

As inertia rises with mass, it should be harder to alter the orbit of a more massive world than it would be to act on a smaller world. So, large worlds close to their local stars should tend to trace out near-circular orbits.

Smaller planets should, therefore, be more susceptible to this gravitational scattering than larger worlds. But, astronomers have detected giant worlds tracing out highly-elliptical paths around their parent star(s). These patterns are far different than that seen among our own family of worlds, where the inner solar system is filled with small planets, traveling along highly-circular orbits.

“Gas giant planets with orbital periods less than 400 days occur around about 5% of stars… We call these planets warm Jupiters,” Frelikh explains.

Exoplanets are usually found using one of two techniques. In systems where exoplanets travel in front of their star as seen from Earth, light from that star appears to dim as the planet passes between its sun and our home world. A regular pattern of dimming and brightening, unrelated to stellar processes, can reveal the presence of an exoplanet. The radial velocity method looks at the tiny gravitational tug a planet has on it’s parent star as a tell-tale sign of an alien world.

Using either of these methods, it is easier to find massive worlds close to their Sun. Highly-elliptical orbits also assist astronomers in finding gravitational pulls from undiscovered worlds, but this method works best for exoplanets close to their parent stars.

“It becomes difficult to detect planets this way beyond the distance of about Jupiter from the Sun. Planets smaller than Neptune are actually thought to be the most common type of exoplanet, but, especially at larger distances from the star, they become a lot harder to detect. The most massive planets would initially appear to be more common to us, and this is why when working with observational data sets it is crucial to consider the observational biases,” Frelikh tells The Cosmic Companion.

Practically A Planetary Mosh Pit

The team created a computer model based on a system containing 10 worlds. The total mass of each planet, as well as the total mass of the solar system, was altered each time a different simulation was conducted. Each simulation was run for 20 million (simulated!) years.

The planets modeled during this virtual investigation were much like Jupiter or Saturn, holding on to vast quantities of gases. Smaller worlds orbiting close to their stars can lose their atmospheres to space due to pressure coming from the nearby star. However, massive planets like the ones modeled in this study are able to retain their atmospheric cover.

“They will not lose a substantial amount of their atmospheres over their lifetimes because they are massive enough and far enough away from their host stars. For Jupiter-sized planets, atmospheric escape can become significant when they are extremely close to their host stars (closer than the orbit of Mercury from our Sun),” Frelikh describes for our readers.

Simulations showed planets interacting with each other and colliding, often forming larger bodies which continued to orbit near their parent star.

The largest planets produced in the simulations were produced at distances from the star between one and eight times greater than the distance between the Earth and Sun.

The final results of the study showed the systems with the greatest amount of total mass produced the largest worlds near the central star, and those planets had the greatest eccentricities seen in the virtual model.

This finding helps to answer mysteries of exoplanets, and could help researchers better model climates of distant worlds, some of which may be home to life.

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Two exoplanet families redefine what planetary systems can look like

Astronomers expect dense planets to lie close to a star and fluffy planets farther away. But TOI-178’s six worlds, shown in this artist’s illustration, are all jumbled up.

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February 5, 2021 at 6:00 am

Two tightly packed families of exoplanets are pushing the boundaries of what a planetary system can look like. New studies of the makeup of worlds orbiting two different stars show a wide range of planetary possibilities, all of them different from our solar system.

“When we study multiplanet systems, there’s simply more information kept in these systems” than any single planet by itself, says geophysicist Caroline Dorn of the University of Zurich. Studying the planets together “tells us about the diversity within a system that we can’t get from looking at individual planets.”

Dorn and colleagues studied an old favorite planetary system called TRAPPIST-1, which hosts seven Earth-sized planets orbiting a small dim star about 40 light-years away. Another team studied a recently identified system called TOI-178, which has at least six planets — three already known and three newly found — circling a bright, hot star roughly 200 light-years away.

Both systems offer planetary scientists an advantage over the more than 3,000 other exoplanet families spotted to date: All seven planets in TRAPPIST-1 and all six in TOI-178 have well-known masses and radii. That means planetary scientists can figure out their densities, a clue to the planets’ composition (SN: 5/11/18).

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The two systems also offer another advantage: The planets are packed in so close to their stars that most are engaged in a delicate orbital dance called a resonance chain. Every time an outer planet completes an orbit around its star, some of its closer-in sibling planets complete multiple orbits.

Resonance chains are fragile arrangements, and knocking a planet even slightly out of its orbit can destroy them. That means the TRAPPIST-1 and TOI-178 systems must have formed slowly and gently, says astronomer Adrien Leleu of the University of Geneva.

“We don’t think there could have been giant impacts, or strong interactions where one planet ejected another planet,” Leleu says. That gentle evolution gives astronomers a unique opportunity to use TRAPPIST-1 and TOI-178 as testbeds for planetary theory.

In a pair of papers, two teams describe these systems in unprecedented detail. Both buck the trend astronomers expected from theories of how planetary systems form.

In the TOI-178 system, the planets’ densities are all jumbled up, Leleu and colleagues report January 25 in Astronomía y astrofísica.

“In the most vanilla scenario, we expect that planets farther from the star…would have larger components of hydrogen and helium gas than the planets closer in,” says astrophysicist Leslie Rogers of the University of Chicago, who was not involved in either study. The closer to the star, the denser a planet should be. That’s because farther-out planets probably formed where it’s cold, and there was more low-density material like frozen water, rather than rock, to begin with. Plus, starlight can strip atmospheres from close-in planets more easily than far-out ones, leaving the inner planets with thinner atmospheres — or no atmospheres at all (SN: 7/1/20).

TOI-178 flouts that trend entirely. The innermost planets seem to be rocky, with densities similar to Earth’s. The third one is “very fluffy,” Leleu says, with a density like Jupiter’s, but in a much smaller planet. The next planet out has a density like Neptune’s, about one-third Earth’s density. Then, there’s one with about 60 percent Earth’s density, still fluffy enough to float if you could put it in a tub of water, and the final planet is Jupiter-like.

“The orbits seem to point out that there was no strong evolution from [the system’s] formation,” Leleu says. “But the compositions are not what we would have expected from a gentle formation in the disk.”

TRAPPIST-1’s planet septet, on the other hand, has an eerie self-similarity. Each world is roughly the same size as Earth, between 0.76 and 1.13 times Earth’s radius, astrophysicist Eric Agol of the University of Washington in Seattle and colleagues reported in 2017 (SN: 2/22/17). Plus, at least three of them appear to be in the star’s habitable zone, the region where temperatures might be right for liquid water.

Now, Agol, Dorn and colleagues have made the most precise measurements of the TRAPPIST-1 masses yet. All seven worlds are almost identical to each other but slightly less dense than Earth, the team reports in the February Planetary Science Journal. That means the planets could be rocky yet have a lower proportion of heavy elements such as iron compared with Earth. Or it could mean they have more oxygen bound to the iron in their rocks, “basically rusting it,” Agol says.

TRAPPIST-1’s seven planets seem to have similar compositions to each other, but different from Earth. They could have an Earthlike makeup but with a smaller iron-rich core (center), or have no core at all (left). They could also have deep oceans (right), but the inner three planets are probably too hot for that much water to last. JPL-Caltech/NASA

TRAPPIST-1’s seven planets seem to have similar compositions to each other, but different from Earth. They could have an Earthlike makeup but with a smaller iron-rich core (center), or have no core at all (left). They could also have deep oceans (right), but the inner three planets are probably too hot for that much water to last. JPL-Caltech/NASA

Oxidized iron wouldn’t form a planetary core, which could be bad news for life, Rogers says. No core might mean no magnetic field to protect the planets from the star’s damaging flares (SN: 3/5/18).

However, it’s not clear how to form coreless planets. “There are propositions for how to form such planets, but we don’t actually have one candidate in the solar system where we see this,” Dorn says. The analogs in the solar system are all asteroid-sized bodies much less massive than Earth.

Astronomers may soon get a better handle on the compositions of TRAPPIST-1’s planets. The James Webb Space Telescope, set to launch in October, will probe the planets’ atmospheres (if they have any) for signs of chemical elements that would reveal in more detail what they’re made of.

The TRAPPIST-1 planets’ similarities to each other are not as surprising as the differences among TOI-178’s planets, Rogers says. But they’re still unexpected. If all the planets have identical compositions, then any formation model needs to explain that, she says.

While these systems challenge astronomers’ views of what sorts of planets are possible, Dorn says, it will take discovering more multiplanet systems to tell how weird they truly are.