يتألف نظام LHS 1678 (TOI-696) القريب من كوكبين مؤكدين ورفيقٍ محتملٍ (قزم بني) في مدارٍ واسع. تدور جميع هذه الأجسام حول قزم من النمط M2 ذو تاريخٍ تطوريٍّ فريد. يقع النجم المضيف ضمن فجوة ضيقة في الجزء الأدنى من التسلسل الرئيسي في مخطط HR، وترتبط هذه الفجوة بحدود الحمل الحراري الكامل للأقزام M وتقلباتٍ طويلة الأمد في السطوع. يُعَدُّ هذا النظامُ واحداً من نحو اثني عشر نظاماً متعدد الأجرام حول أقزام M اكتُشِف فيه كوكبٌ بدورةٍ فائقة القصر (USP). في هذه الدراسة، نتحقَّق من وجود كوكبٍ ثالثٍ في نظام LHS 1678 باستخدام بيانات دورتي 1 و3 من TESS ومجموعةٍ جديدةٍ من المنحنيات الضوئية الأرضية. يُعَرَّفُ كوكبُ LHS 1678 d بأنه ذو نصف قطر 0.98\( \pm\)0.07 \(R_\oplus\)، ويدور في مدارٍ مدته 4.97 أيام، مع تدفقٍ إشعاعيٍ يقارب 9.1\({^{+0.9}_{-0.8}}~S_\oplus\). تقرِّب هذه الخصائص الكوكبَ من الرنين الحركي المتوسط 4:3 مع LHS 1678 c، ويقع ضمن ما يُعرف بمنطقة الزهرة. كما أنَّ LHS 1678 c وd متشابهان في القطر والكتلة المتوقعة، مما يجعلهما ثنائيّاً مثالياً للدراسات المقارنة للكواكب الخارجية. يندرج LHS 1678 d ضمن المرشحين الواعدين لقياسات الغلاف الجوي بواسطة JWST ولتقدير الكتلة باستخدام القياس الدقيق للسرعة الشعاعية.
إضافةً إلى ذلك، يكسر الكوكب سريعُ الدورة القصيرة جداً (USP LHS 1678 b) نمط «البازلاء في القرون» ضمن هذا النظام، رغم احتمال وجود كواكب إضافية تملأ الفجوة خارج مداره. تشكّل الخصائص الفريدة والندرة النسبية لنظام LHS 1678 بين أنظمة الأقزام M dwarf المتعددة معياراً قيّماً لاختبار نظريات تكوين الكواكب وتطورها.
مع استمرار مهمة القمر الصناعي TESS لمسح الكواكب العابرة في عامها السادس، والتي أسفرت حتى الآن عن اكتشاف أكثر من 350 كوكباً مؤكداً و6500 مرشح1، يشكل مجتمع علم الكواكب الخارجية قاعدة بيانات متزايدة من الأنظمة التي تتألف أساساً من كواكب صغيرة تدور حول أقزام من النوع M الساطعة والقريبة (Gilbert2020، Giacalone2022، Luque2022، Gilbert2023، Ment2023، Rodriguez2023 وغيرها). هذه الأنظمة ذات أهمية كبيرة للمتابعة التفصيلية باستخدام مراصد متقدمة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لاستكشاف وتوصيف أغلفة الكواكب الخارجية والبحث عن كواكب شبيهة بالأرض. واحد من هذه الأنظمة الساطعة والقريبة هو نظام كوكب LHS 1678، الذي اكتشف ووصف لأول مرة بواسطة Silverstein2022_LHS1678. LHS 1678 هو أحد النجوم المضيفة القليلة المرتبطة بحدود الحمل الحراري الكامل للأقزام M، والمعروفة بكونها منطقة نقص الكثافة أو "الفجوة" في مخطط HR (vanSaders2012، Jao2018_jaogap، Feiden2021_GaiaHRDgaps). من المتوقع أن تظهر هذه النجوم تذبذبات في السطوع بمعدلات تتراوح بين 200 Myr و2 Gyr على مدى مليارات السنين (Feiden2021_GaiaHRDgaps)؛ ولا تزال آثار هذه التذبذبات على ديموغرافيا الكواكب الخارجية ومناخها وصلاحيتها للسكن قيد البحث (Silverstein et al. 2024b قيد الإعداد، Urquhart et al. 2024 قيد الإعداد). يُصاحبُ هذا القزمَ المضيفَ رفيقٌ تحت نجميٌّ، وكائنان صغيران مؤكدان، ومرشحٌ لكوكب ثالث. لا تزال خصائصُ الرفيق التحت نجمي، الذي حدده لأول مرةٍ Jao2017، غير مؤكدة؛ وننتظر ملاحظات جديدة تضاف إلى ما يزيد على 16 عاماً من البيانات المقدمة في Silverstein2022_LHS1678 للكشف عن مداراته وتحديد حدود محسنة على كتلته.
حدد فريقُ Silverstein2022_LHS1678 الإشارةَ المتبقيةَ باعتبارها عبوراً خافتاً في بيانات دورتي TESS 1 و3، وأشار إلى الحاجة لملاحظاتٍ أرضيةٍ إضافية للتحقق منها. أظهروا أنَّ المرشحَ وLHS 1678 c لهما فتراتٍ تختلف بأقل من 1% عن الرنين الحركي المتوسط 4:3. الأنظمةُ القريبة من الرنين تتيحُ الكشفَ عن تباينات توقيت العبور (TTVs)، والتي يمكن أن تكشف عن الشذوذ المداري وكتلة الكواكب وتزوّدنا بنبذةٍ عن الديناميات الداخلية للنظام (Ford2011، Basturk2022 والمراجع الواردة فيه).
هنا نقدمُ ملاحظاتٍ جديدةً من TESS ومتابعةً أرضيةً إضافيةً لكواكب LHS 1678. نركّز جهودنا على تأكيد المرشحِ TOI-696.03 وتحسين معالم الكواكب الثلاثة باستخدام البيانات المتاحة، والبحث عن TTVs في دورتي TESS 1 و3 وملاحظاتنا الأرضية. بعد تأكيد وجود الكوكب d وتحسين خصائص النظام، نناقش الخصائص المثيرة لهذا الكوكب الجديد في سياق النظام بأكمله وآفاقه للتوصيف المستقبلي.
نستخدمُ بيانات دورتي TESS 1 و3 بالكامل، بالإضافة إلى مجموعةٍ مكوَّنةٍ من 33 منحنىً ضوئيًّا أرضيًّا من شبكة تلسكوبات المرصد العالمي لاس كومبريس (LCOGT) (Brown2013) ومصفوفة تلسكوبات MEarth-South (Nutzman2008، Berta2012، Irwin2015)، وسرعاتٍ شعاعيةٍ من مطياف HARPS (Pepe2002_HARPS، Mayor2003_HARPS).
رُصِدَتْ LHS 1678 (TIC 77156829, TOI-696, L 375-2, LTT 2022, NLTT 13515) بدقة دقيقتين من قبل TESS خلال الدورة 1 في القطاعات 4 و5 باستخدام الكاميرا 3 من UT 2018 أكتوبر 19 إلى 2018 نوفمبر 14، وفي الدورة 3 في القطاعات 31 و32 بنفس الكاميرا من UT 2020 أكتوبر 21 إلى 2020 ديسمبر 17 ضمن برامج المحقق الضيف وكاتالوجات أهداف القزمة الباردة وقائمة أهداف TESS.
عُولِجت البياناتُ الضوئية بواسطة خط أنابيب مركز عمليات معالجة العلوم التابع لناسا أيمس (Jenkins2016). لم تُظهِرْ بياناتُ الأشهر الأربعة أي دلائل على تغيُّراتٍ ناجمة عن بقعٍ نجمية أو انفجاراتٍ شمسية. تمَّ تحديد إشارتين كوكبيتين في الدورة 1 باستخدام وحدة البحث عن الكواكب العابرة (Jenkins2010)، وأكدها Silverstein2022_LHS1678 على أنهما الكوكبان LHS 1678 b وLHS 1678 c. كما برزت هذه الإشارات في بيانات الدورة 3، وبالاستعانة ببيانات الدورة 1 و3 معاً، اكتُشِفَ الكوكبُ الثالثُ بشكلٍ مستقلٍّ في بحوث صور الإطار الكامل عبر خوارزمية مربعات أقل تربيعية (Kovacs2002_BLS، Vanderburg2016)، وخط أنابيب النظرة السريعة (Huang2020_TESS_QLP_1، Huang2020_TESS_QLP_2)، ومن خلال وحدة البحث عن الكواكب العابرة.
رُصِدَت كواكبُ LHS 1678 على مدى ثلاث سنواتٍ متتالية باستخدام عدة تلسكوبات، بهدف قياس عدة عبوراتٍ لكل كوكبٍ في النظام والبحث عن تباينات توقيت العبور (TTV) على مدى زمني طويل. جمعنا الجزء الأكبر من هذه الملاحظات عبر شبكة LCOGT.
باستخدام تلسكوبات 1.0 m في ثلاثة مواقع لمدينة LCOGT في نصف الكرة الجنوبي، أُنجزت عشر ملاحظاتٍ لعبور الكوكب LHS 1678 b، وثلاث عشرة لتابع LHS 1678 c، وتسعٍ لكوكب المرشح TOI-696.03. يمتلك كل تلسكوب كاميرا Sinistro CCD بمقياس بكسل 0.39\(^{\arcsec}\) pixel\(^{-1}\) ومجال رؤية 26\(^{\prime}\). نُفّذت الملاحظات باستخدام فلاتر zs، Ic، أو ip، وعُدّلت الصورُ عبر خط أنابيب LCOGT Banzai (McCully2018). استُخدم برنامج AstroImageJ (Collins2017) لاستخراج ضوئيات تفاضلية ولإنشاء منحنيات الضوء. في حالة TOI-696.03، أجرينا أيضاً بحثاً عن أنظمة نجومية مزدوجة (EBs) واستبعدناها. دمجنا منحنيات الضوء LCOGT الناتجة في نمذجة الكواكب الثلاثة لاشتقاق المعلمات والبحث عن تباينات توقيت العبور وفقاً للقسم [ssec:analysis-exoplanet-modeling].
تشمل الملاحظات الإضافية، المذكورة في Silverstein2022_LHS1678، عبوراً واحداً لكوكب LHS 1678 c عبر نظام MEarth-South. يعرض الجدول [table:GBLC] قائمةً كاملةً بمنحنيات الضوء LCOGT وMEarth المدرجة في نمذجة الكواكب.
يوضح Silverstein2022_LHS1678 أيضاً سلسلةً زمنيةً للسرعة الشعاعية حصلنا عليها من مطياف HARPS. استُخدمت هذه البيانات ضمن برنامج ESO (رقم 1102.C-0339) للحد من كتلة الكواكب b وc. نستخدم هنا نفس هذه البيانات في تحليل مشترك يشمل المرشح الثالث (انظر القسم [ssec:analysis-exoplanet-modeling]).