يَحْتَوِي نِظام LHS 1678 (TOI-696) القَرِيب على كَوْكَبَيْنِ مُؤَكَّدَيْن ورفيق بمدار واسع يُحتمل أن يكون قزماً بنياً، وتدور جميعها حول قزم من النوع M2 ذو تاريخ تطوري فريد. يقع النجم المضيف في فجوة ضيقة في التسلسل الرئيسي الأدنى في مخطط HR، مرتبطة بحدود الحمل الحراري الكامل للأقزام M وتقلبات إضاءة طويلة الأمد. يُعَد هذا النظام واحداً من حوالي اثني عشر نظاماً كوكبياً متعدداً حول أقزام M حتى الآن يستضيف كوكباً بفترة دوران قصيرة جداً (USP). في هذه الدراسة، نتحقق من وجود كوكب ثالث في نظام LHS 1678 باستخدام بيانات الدورتين 1 و 3 من TESS ومجموعة جديدة من منحنيات الضوء الأرضية. يُعَد كوكب LHS 1678 d كوكباً بحجم 0.98\(\pm\)0.07 \(R_\oplus\) في مدار مدته 4.97 يوم، مع تدفق إشعاعي يبلغ 9.1\({^{+0.9}_{-0.8}}~S_\oplus\). تضع هذه الخصائصه بالقرب من الرنين الحركي المتوسط 4:3 مع LHS 1678 c وفي منطقة الزهرة. كما أن LHS 1678 c و d متشابهان في الحجم والكتلة المتوقعة، مما يجعلهما ثنائياً مثالياً للدراسات المقارنة للكواكب الخارجية. ينضم LHS 1678 d إلى إخوته كمرشح آخر واعد لقياسات الغلاف الجوي باستخدام JWST وقياسات الكتلة باستخدام تقنيات السرعة الشعاعية عالية الدقة.
بالإضافة إلى ذلك، يكسر كوكب USP LHS 1678 b النمط المعروف بـ"البازلاء في القرون" في هذا النظام، رغم أن الكواكب الإضافية قد تملأ الفجوة خارج مداره. تجعل التركيبة الفريدة لخصائص النظام في LHS 1678 وندرته النسبية بين الأنظمة الكوكبية المتعددة حول نجوم M dwarf النظام معياراً قيماً لاختبار نظريات تكوين الكواكب وتطورها.
مع استمرار مهمة القمر الصناعي لمسح الكواكب العابرة (TESS) في عامها السادس، واكتشاف أكثر من 350 كوكباً مؤكداً و6500 مرشحاً للكواكب حتى الآن1، يراكم مجتمع علم الكواكب الخارجية مجموعة متنوعة من الأنظمة التي تتألف من كواكب صغيرة تدور حول الأقزام M الساطعة والقريبة (Gilbert2020, Giacalone2022, Luque2022, Gilbert2023, Ment2023, Rodriguez2023 والمزيد). هذه الأنظمة مهمة للمتابعة التفصيلية باستخدام المراصد الفلكية المتطورة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لبدء استكشاف وتجميع غازات أغلفة الكواكب الخارجية والبحث عن كواكب شبيهة بالأرض. أحد هذه الأنظمة الساطعة والقريبة المؤهلة للمتابعة الفضائية هو نظام كوكب LHS 1678، الذي تم اكتشافه وتوصيفه لأول مرة بواسطة (Silverstein2022_LHS1678). LHS 1678 هو واحد من عدد قليل من النجوم المضيفة للكواكب الخارجية المرتبطة بحدود التوصيل الكامل للأقزام M، المعروفة بأنها منطقة نقص الكثافة أو "الفجوة" في مخطط HR (vanSaders2012, Jao2018_jaogap, Feiden2021_GaiaHRDgaps). من المتوقع أن تظهر النجوم في الفجوة تذبذبات في السطوع بفترات تتراوح بين 200 Myr إلى 2 Gyr والتي تستمر لمليارات السنين (Feiden2021_GaiaHRDgaps)؛ ولا تزال آثارها على ديموغرافيا الكواكب الخارجية ومناخها وصلاحيتها للسكن قيد البحث (Silverstein et al. 2024b قيد الإعداد، Urquhart et al. 2024 قيد الإعداد). يدور حول النجم المضيف قزم بني محتمل، وكوكبان صغيران مؤكَّدان، ومرشح لكوكب ثالث. لا تزال خصائص الرفيق دون النجمي، الذي تم تحديده لأول مرة بواسطة (Jao2017)، غير مؤكدة؛ وننتظر ملاحظات فلكية جديدة تضاف إلى 16 عاماً من البيانات التي قدمها (Silverstein2022_LHS1678) لكشف الخصائص المدارية وتوفير حدود محسنة على كتلة الرفيق.
حدد (Silverstein2022_LHS1678) المرشح المتبقي كإشارة عبور خافتة في بيانات دورة TESS 1 و 3 وحدد الحاجة إلى منحنيات ضوئية أرضية للتحقق منها. أظهروا أن المرشح للكوكب و LHS 1678 c لديهما فترات ضمن 1% من الرنين الحركي المتوسط 4:3. الأنظمة القريبة من الرنين تسمح بكشف تباينات توقيت العبور (TTVs)، والتي يمكن أن توفر الوصول إلى خصائص إضافية للكواكب مثل الشذوذ المداري والكتلة. يُعتبر توصيف TTV مهماً أيضاً لتحديد الأهداف الزمنية للنظام المستخدمة لتخطيط الملاحظات المستقبلية ويمكن أن تكشف عن تأثير الكواكب الإضافية في النظام (Ford2011, Basturk2022 والمراجع الواردة فيه).
هنا نقدم ملاحظات جديدة من TESS ومتابعة أرضية إضافية لكواكب LHS 1678. نركز جهودنا على تأكيد المرشح TOI-696.03 وتحسين خصائص جميع الكواكب الثلاثة بالبيانات المتاحة. نبحث أيضاً عن TTVs باستخدام مجموعات بيانات دورة TESS 1 و 3 ومجموعة المراقبات الأرضية. مع التحقق من الكوكب d وتحسين خصائص النظام، نعلق على الخصائص المثيرة لهذا الكوكب الجديد في سياق النظام وآفاقه للتوصيف المستقبلي.
نستخدم مجموعات البيانات الكاملة لدورتي 1 و3 من TESS، ومجموعة من 33 منحنى ضوئي أرضي من شبكة تلسكوبات المرصد العالمي لاس كومبريس (LCOGT) (Brown2013) ومصفوفة تلسكوبات MEarth-South (Nutzman2008, Berta2012, Irwin2015)، والسرعات الشعاعية من مطياف البحث عن الكواكب بدقة عالية للسرعات الشعاعية (HARPS) (Pepe2002_HARPS, Mayor2003_HARPS).
تمت ملاحظة LHS 1678 (TIC 77156829, TOI-696, L 375-2, LTT 2022, NLTT 13515) بدقة 2 دقيقة من قبل TESS في الدورة 1 القطاعات 4 و 5 باستخدام الكاميرا 3 من UT 2018 أكتوبر 19 إلى 2018 نوفمبر 14 وفي الدورة 3 القطاعات 31 و 32 باستخدام الكاميرا 3 من UT 2020 أكتوبر 21 إلى 2020 ديسمبر 17 كجزء من برنامج المحقق الضيف في الدورة 1 G011180، كتالوج الأهداف القزمة الباردة (Muirhead2018)، وقائمة الأهداف المرشحة لـ TESS (Stassun2018) وبرامج المحقق الضيف في الدورة 3 G03228، G03272، G03274، و G03278، كتالوج الأهداف القزمة الباردة، وقائمة الأهداف المرشحة لـ TESS.
تمت معالجة القياس الضوئي لـ TESS إلى منحنيات ضوئية بواسطة خط أنابيب مركز عمليات معالجة العلوم التابع لناسا أيمس (Jenkins2016). لم تظهر أدلة على تعديل بقع النجوم أو الانفجارات الشمسية في بيانات الأشهر الأربعة. تم تحديد إشارتين لكوكبين في بيانات الدورة 1 باستخدام وحدة البحث عن الكواكب العابرة (Jenkins2010)، والتي تم تأكيدها والتحقق منها بواسطة (Silverstein2022_LHS1678) باعتبارها LHS 1678 b و c. كما كان من الممكن تمييز هذه الكواكب في بيانات الدورة 3 لـ TESS، وبالجمع بين بيانات الدورة 1 و 3، تم تحديد كوكب ثالث بشكل مستقل في بحثين لصور الإطار الكامل باستخدام خوارزمية مربعات أقل تربيعية (Kovacs2002_BLS, Vanderburg2016)، خط أنابيب النظرة السريعة (Huang2020_TESS_QLP_1, Huang2020_TESS_QLP_2)، وباستخدام وحدة البحث عن الكواكب العابرة.
تمت ملاحظة كواكب LHS 1678 على مدى ثلاث سنوات باستخدام عدة تلسكوبات. ركزنا جهودنا على ملاحظات السلسلة الزمنية الضوئية الأرضية بهدفين: قياس عدة عبورات لكل كوكب في النظام والبحث عن توقيعات TTV على مدى زمني طويل. تم جمع معظم هذه الملاحظات باستخدام تلسكوبات في شبكة LCOGT.
باستخدام تلسكوبات 1.0m في ثلاثة مواقع LCOGT في نصف الكرة الجنوبي، حصلنا على عشر ملاحظات عبور لكوكب LHS 1678 b، وثلاث عشرة ملاحظة عبور لكوكب LHS 1678 c، وتسع ملاحظات عبور للكوكب المرشح TOI-696.03. يحتوي كل تلسكوب على كاميرا Sinistro CCD بمقياس بكسل 0.39\(^{\arcsec}\) pixel\(^{-1}\) ومجال رؤية 26\(^{\prime}\). أُجريت الملاحظات بفلتر \(zs\), \(I_c\)، أو \(ip\). تمت معايرة الصور باستخدام خط أنابيب LCOGT Banzai (McCully2018). استُخدمت حزمة برامج AstroImageJ (Collins2017) لاستخراج الضوئية التفاضلية من الصور وإنشاء منحنيات الضوء. بالنسبة لـ TOI-696.03، تم أيضاً البحث عن واستبعاد EBs في فترة المدار المرشح. تم تحليل منحنيات الضوء LCOGT حديثاً منذ (Silverstein2022_LHS1678)، باستخدام AstroImageJ v5، الإصدار الأحدث والأكثر تحسيناً حتى الآن لبناء منحنى ضوء الكواكب العابرة. تم دمج منحنيات الضوء LCOGT الناتجة في نمذجة جميع الكواكب الثلاثة لاشتقاق المعلمات والبحث عن TTVs، كما وُصف في القسم [ssec:analysis-exoplanet-modeling].
الملاحظات الإضافية، الموصوفة في (Silverstein2022_LHS1678)، تشمل عبوراً واحداً لكوكب LHS 1678 c تمت ملاحظته باستخدام نظام تلسكوب MEarth-South. يسرد الجدول [table:GBLC] مجموعة كاملة من منحنيات الضوء LCOGT وMEarth المدمجة في إجراء نمذجة كواكبنا.
(Silverstein2022_LHS1678) يوضح أيضاً سلسلة زمنية للسرعة الشعاعية تم الحصول عليها باستخدام أداة HARPS. تم الحصول على هذه البيانات من خلال برنامج ESO برقم 1102.C-0339 واستخدمت لتقييد كتل الكواكب b وc. هنا، نستخدم نفس البيانات في تحليل مشترك يشمل الكوكب المرشح الثالث (القسم [ssec:analysis-exoplanet-modeling]).