Bijna met het blote oog zichtbaar in het sterrenbeeld Draco, de ster HD 158259 is de afgelopen zeven jaar waargenomen door astronomen met behulp van de SOPHIE-spectrograaf. Dit instrument, geïnstalleerd in het Observatorium van de Haute-Provence in Zuid-Frankrijk, verwierf 300 metingen van de ster. De analyse van de gegevens door een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE), heeft geleid tot de ontdekking dat HD 158259 zes planetaire metgezellen heeft:een 'superaarde' en vijf 'mini-Neptunus'. Deze planeten vertonen een uitzonderlijk regelmatige afstand, die hints op hoe het systeem kan zijn gevormd. Deze studie, gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica , omvat ook waarnemingen van de ster door de TESS-ruimtetelescoop, die de dichtheid van de binnenste planeet onthullen.

Met de SOPHIE-metingen van HD 158259 kan de radiale snelheid van de ster met grote precisie worden gemeten, dat wil zeggen de snelheid van de ster in de richting van de zichtlijn. Het is hetzelfde type meting dat in 1995 leidde tot de ontdekking van 51 Peg b door de Nobelprijswinnaars Michel Mayor en Didier Queloz van 2019. Bovendien de detectie van 51 Peg b en van de zes planeten van HD 158259 gebeurde met dezelfde telescoop.

De onthulling van een systeem met zulke kleine planeten zou in 1995 niet haalbaar zijn geweest, noch bij de installatie van SOPHIE in 2006. "De ontdekking van dit uitzonderlijke systeem is mogelijk gemaakt dankzij de verwerving van een groot aantal metingen, evenals een dramatische verbetering van het instrument en van onze signaalverwerkingstechnieken, " zegt François Bouchy, professor in de afdeling Sterrenkunde van de Faculteit Wetenschappen van UNIGE en coördinator van het observatieprogramma. "Dit is geweldig werk en toont de belangrijke rol die kleinere telescopen spelen bij het bevorderen van de vooruitgang van de astronomie door middel van hoogwaardig onderzoek met behulp van oude, maar goed gefinancierde observatoria, " voegt Paul A. Wilson toe, onderzoeker aan de Universiteit van Warwick en co-auteur van de studie.

SOPHIE-waarnemingen toonden aan dat de planeet die het dichtst bij HD 158259 ligt en de vijf buitenste planeten een massa hebben van twee tot zes keer die van de aarde, respectievelijk. Het systeem is compact gebleken, in die zin dat de afstand van de buitenste planeet tot zijn ster 2,6 keer kleiner is dan de afstand tussen Mercurius en de zon. Verder, NASA's TESS-ruimtetelescoop observeerde een afname van de helderheid van de ster terwijl de binnenste planeet tussen de waarnemer en de ster bewoog. "De TESS-metingen ondersteunen sterk de detectie van de planeet en stellen ons in staat om de straal ervan in te schatten, die zeer waardevolle informatie oplevert over de interne structuur van de planeet, " zegt Isabelle Boisse, onderzoeker aan het Marseille Astrophysics Laboratory en co-auteur van de studie.

Planeten in ritme

Er zijn honderden multiplanetaire systemen bekend, maar slechts een dozijn bevat zes planeten of meer. De aanwezigheid van zes planeten die rond HD 158259 draaien, maakt dit systeem opmerkelijk, maar het meest interessante kenmerk is de regelmaat. Inderdaad, de periodeverhouding van twee opeenvolgende planeten is dicht bij 3:2. Dit betekent dat als de eerste planeet - degene die het dichtst bij de ster staat - drie banen voltooit, de tweede voltooit ongeveer twee. Terwijl deze tweede planeet drie banen voltooit, de derde voltooit ongeveer twee, enzovoort.

Deze situatie wordt beter begrepen in het algemene kader van "resonantie, " die een sleutelrol speelt in de architectuur van planetaire systemen. Er wordt gezegd dat verschillende planeten in resonantie zijn wanneer ze zich periodiek in dezelfde configuratie bevinden na het voltooien van een mogelijk ander aantal banen. "Dit is vergelijkbaar met verschillende muzikanten die verschillende ritmes slaan, maar die tegelijkertijd aan het begin van elke maat sloegen, " zegt Nathan C. Hara, onderzoeker bij de afdeling Sterrenkunde van de Faculteit Wetenschappen van UNIGE, lid van het PlanetS-instituut en eerste auteur van de studie. Planeten kunnen ook dicht bij de resonantie zijn, maar niet precies binnen. Dit is het geval voor de planeten van HD 158259.

De geschiedenis van het systeem afleiden

Waarom is dit systeem interessant? Een van de doelen van de studie van planetaire systemen is om hun vorming te begrijpen. Over dit onderwerp, een aantal vragen wordt nog besproken. In het bijzonder:vormen de planeten zich dicht bij hun uiteindelijke positie in het systeem, of verplaatsen ze zich door het systeem nadat ze zijn gevormd? Dit laatste scenario, planetaire migratie genoemd, lijkt de vorming van de zes planeten van HD 158259 te verklaren. "Verschillende compacte systemen met meerdere planeten in, of dichtbij resonanties bekend zijn, zoals TRAPPIST-1 of Kepler-80. Van dergelijke systemen wordt aangenomen dat ze zich ver van de ster vormen voordat ze ernaartoe migreren. In dit scenario, de resonanties spelen een cruciale rol, " zegt Stephane Udry, professor aan de afdeling Sterrenkunde van de Faculteit Wetenschappen van de UNIGE.

In het systeem van HD 15829, wanneer een planeet drie banen voltooit, zijn naaste buitenste buur voltooit ongeveer twee. "Hier, 'over' is belangrijk. Naast de alomtegenwoordigheid van de 3:2-periodeverhouding, dit vormt de originaliteit van het systeem, " zegt Nathan Hara. De planeten zijn dicht bij de resonantie, maar niet precies binnen. Dit suggereert dat de planeten in het verleden vastzaten in resonantie, synchroon gemigreerd, vervolgens verwijderd van de resonantie. "Verder, het huidige vertrek van de periodeverhoudingen van 3:2 bevat een schat aan informatie. Met deze waarden aan de ene kant, en getijeffectmodellen aan de andere kant, we zouden de interne structuur van de planeten in een toekomstig onderzoek kunnen beperken. Samengevat, de huidige toestand van het systeem geeft ons een venster op zijn vorming, " concludeert de Hara.