يَحْتَوِي نِظَامُ LHS 1678 (TOI-696) القريبُ على كَوْكَبَيْنِ مُؤَكَّدَيْن، ورفيقٍ مُحتمَلٍ أن يكون قَزَماً بُنِّيّاً في مدارٍ واسع، جميعُها تدور حول قَزَمٍ من النمط M2 ذو تاريخٍ تطوُّريٍّ فريد. يقع النجمُ المُضيف في فجوةٍ ضيِّقة ضمن الجزء الأدنى من السلسلة الرئيسيّة في مخطّط HR، وهي مرتبطةٌ بالحدِّ الفاصل للحمل الحراري الكامل لدى الأقزام M وبِتَقَلُّباتٍ طويلةِ الأمد في السُّطوع. يُعَدُّ هذا النظامُ واحداً من نحو اثنَي عَشَر نظاماً كوكبيّاً متعدِّداً حول أقزام M اكتُشِف فيها كوكبٌ فائقُ القِصَرِ المداريّ (USP). في هذه الدراسة، نُؤَكِّد وجودَ كوكبٍ ثالثٍ في نظام LHS 1678 باستخدام بيانات دورتي 1 و3 من TESS ومجموعةٍ جديدةٍ من المنحنيات الضوئيّة الأرضيّة. نُحدِّد LHS 1678 d على أنّ نصفَ قطرِه \(0.98 \pm 0.07~R_\oplus\)، ويدور في مدارٍ مدّتُه 4.97 أيّام، مع تدفُّقٍ إشعاعيٍّ يقارب \(9.1^{+0.9}_{-0.8}~S_\oplus\). تُقَرِّبُ هذه الخصائصُ الكوكبَ من الرنين المداريّ المتوسط 4:3 مع LHS 1678 c ويَقَع ضمن نطاق الزُّهرة. كما أنَّ LHS 1678 c وd متشابهان في القطر والكتلة المُتوقَّعة، ما يجعلهما ثنائيّاً مثالياً للدراسات المقارنة للكواكب الخارجية. ينضمُّ LHS 1678 d إلى رفيقَيْه كمرشَّحٍ واعدٍ لرَصْد غلافه الجوي بواسطة JWST ولقِياسات الكُتلة باستخدام السُّرعات الشُّعاعيّة الدَّقيقة.
إضافةً إلى ذلك، يَكسرُ الكوكبُ الفائقُ القِصَرِ المداريّ (LHS 1678 b) النَّمطَ المعروف بـ«البازلاء داخل القُرون» ضمن هذا النظام، مع بقاء احتمالِ وجود كواكبَ إضافيّةٍ تملأ الفجوةَ الواقعة خارجَ مدارِه. وتَجعل خصائصُ نظام LHS 1678 الفريدةُ ونُدرتُه النسبيّة بين الأنظمة متعدِّدة الكواكب حول الأقزام M منه معياراً قيِّماً لاختبارِ نظريّاتِ تَكَوُّنِ الكواكب وتطوُّرِها.
مع استمرار مهمّةِ القمر الصناعي TESS لمسح الكواكب العابرة في عامِها السادس، والتي أسفرت حتى الآن عن اكتشاف أكثر من 350 كوكباً مُؤكَّداً و6500 مُرشَّحاً1، يُنشئ مجتمعُ علمِ الكواكبِ الخارجيّة قاعدةَ بياناتٍ مُتزايدةً من الأنظمة التي تتألّف أساساً من كواكبَ صغيرةٍ تدور حول أقزامٍ من النوع M القريبةِ والساطعة (Gilbert2020، Giacalone2022، Luque2022، Gilbert2023، Ment2023، Rodriguez2023 وغيرها). هذه الأنظمةُ ذاتُ أهميّةٍ كبيرةٍ للمتابعة التفصيليّة باستخدام مراصدَ مُتقدّمةٍ مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لاستكشافِ وتوصيفِ غازاتِ أغلفةِ الكواكب الخارجية والبحثِ عن كواكبَ شبيهةٍ بالأرض. واحدٌ من هذه الأنظمة القريبة والساطعة هو نظامُ LHS 1678، الذي اكتُشِفَ ووُصِفَ لأوّلِ مرّةٍ بواسطة Silverstein2022_LHS1678. LHS 1678 هو واحدٌ من النجوم المُضيفة القليلة المرتبطة بالحدِّ الفاصل للحمل الحراري الكامل لدى الأقزام M، والمعروفة بكونها منطقةَ نقصٍ في الكثافة أو «الفجوة» في مخطّط HR (vanSaders2012، Jao2018_jaogap، Feiden2021_GaiaHRDgaps). من المُتوقَّع أن تُظهِر هذه النجومُ تذبذباتٍ في السُّطوع بمقاييسَ زمنيّةٍ تتراوح بين 200 Myr و2 Gyr وتستمرُّ لمليارات السنين (Feiden2021_GaiaHRDgaps)؛ ولا تزال آثارُ هذه التذبذبات على سُكّانِ الكواكبِ الخارجية ومناخِها وصلاحيّتِها للسُّكنى قيدَ البحث (Silverstein et al. 2024b قيد الإعداد، Urquhart et al. 2024 قيد الإعداد). يُصاحِبُ هذا القَزَمَ المُضيفَ رفيقٌ دونَ نجميّ، وكوكبان صغيران مُؤكَّدان، ومُرشَّحٌ لِكوكبٍ ثالث. لا تزالُ خصائصُ الرفيقِ الدونِ نجميّ، الذي حدَّدَه لأوّل مرّةٍ Jao2017، غيرَ مُؤكَّدة؛ ونَنتظرُ مُشاهداتٍ جديدةً تُضافُ إلى ما يزيدُ على 16 عاماً من البياناتِ المُقدَّمة في Silverstein2022_LHS1678 لكشفِ مدارِه وتحديدِ قيودٍ أَدَقَّ على كُتلته.
حدَّد فريقُ Silverstein2022_LHS1678 الإشارةَ المُتبقّيةَ على أنها عبورٌ خافتٌ في بياناتِ دورتي TESS 1 و3، وأشاروا إلى الحاجةِ لمشاهداتٍ أرضيّةٍ إضافيّةٍ للتحقُّق منها. أظهروا أنَّ المُرشَّح وLHS 1678 c لَهما فتراتٌ تختلف بأقلَّ من 1% عن الرنين المداريّ المُتوسِّط 4:3. تُتيِحُ الأنظمةُ القريبةُ من الرنين رَصْدَ تَبايناتِ توقيتِ العبور (TTVs)، والتي قد تكشفُ عن كُتَلِ الكواكب وتَضبِطُ لا مركزيّتَها المداريّة وتُزوِّدُنا بلمحةٍ عن ديناميكيّاتِ النظام الداخليّة (Ford2011، Basturk2022 والمراجعُ الواردةُ فيه).
هنا نُقدِّم مُشاهداتٍ جديدةً من TESS ومتابعةً أرضيّةً إضافيّةً لكواكب LHS 1678. نركِّزُ جهودَنا على تأكيد المُرشَّح TOI-696.03 وتحسين معالمِ الكواكب الثلاثة باستخدام البيانات المُتاحة، والبحثِ عن TTVs في دَورتي TESS 1 و3 ومُشاهداتِنا الأرضيّة. بعد تأكيد وجودِ الكوكب d وتحسين خصائص النظام، نُناقش الخواصَّ اللافتةَ لهذا الكوكب الجديد في سياقِ النظام بأكمله وآفاقِه للتوصيفِ المُستقبلي.
نستخدمُ بياناتِ دورتي TESS 1 و3 كاملةً، إضافةً إلى مجموعةٍ مُكوَّنةٍ من 33 منحنىً ضوئيٍّ أرضيٍّ من شبكةِ تلسكوبات مرصد لَاس كومبرِس العالمي (LCOGT) (Brown2013) ومصفوفةِ تلسكوبات MEarth-South (Nutzman2008، Berta2012، Irwin2015)، وسُرعاتٍ شُعاعيّةٍ من مطياف HARPS (Pepe2002_HARPS، Mayor2003_HARPS).
رُصِدَت LHS 1678 (TIC 77156829, TOI-696, L 375-2, LTT 2022, NLTT 13515) بزمنِ تعريضٍ قدرُه دقيقتان بواسطة TESS خلال الدورة 1 في القطاعين 4 و5 باستخدام الكاميرا 3، وذلك من 19 أكتوبر 2018 إلى 14 نوفمبر 2018 (بتوقيت عالمي مُوحَّد، UT)، وخلال الدورة 3 في القطاعين 31 و32 بالكاميرا نفسها من 21 أكتوبر 2020 إلى 17 ديسمبر 2020، وذلك ضمن برامج الباحث الضيف وكاتالوغات أهداف الأقزام الباردة وقائمة أهداف TESS.
عُولِجَتِ البياناتُ الضوئيّة بواسطة خطّ أنابيب مركز عمليات معالجة العلوم التابع لناسا-أيمس (Jenkins2016). لم تُظهِر بياناتُ الأشهر الأربعة دلائلَ على تغيُّراتٍ ناشئةٍ عن بُقَعٍ نجميّةٍ أو توهُّجات. تمَّ تحديد إشارتين كوكبيّتَين في الدورة 1 باستخدام وحدة البحث عن الكواكب العابرة (Jenkins2010)، وأكَّدها Silverstein2022_LHS1678 على أنّهما الكوكبان LHS 1678 b وLHS 1678 c. كما ظهرت هذه الإشارات بوضوح في بيانات الدورة 3، وبالجمع بين بيانات الدورتين 1 و3، جرى اكتشافُ الكوكب الثالث بصورةٍ مستقلّةٍ في بحوث صور الإطارات الكاملة عبر خوارزمية المربعات الصغرى الملائمة للصندوق (Kovacs2002_BLS، Vanderburg2016)، وخطّ أنابيب الاستطلاع السريع (Huang2020_TESS_QLP_1، Huang2020_TESS_QLP_2)، وكذلك من خلال وحدة البحث عن الكواكب العابرة.
رُصِدَت كواكبُ LHS 1678 على مدى ثلاثِ سنواتٍ متتاليةٍ باستخدام عِدّةِ تلسكوبات، بهدف قياسِ عِدّةِ عبوراتٍ لكلِّ كوكبٍ في النظام والبحثِ عن تَبايناتِ توقيتِ العبور (TTV) على مدى زمنيٍّ طويل. جُمِعَ الجزءُ الأكبر من هذه المُشاهدات عبر شبكة LCOGT.
باستخدام تلسكوبات 1.0 m في ثلاثةِ مواقعَ ضمن شبكة LCOGT في نصفِ الكرةِ الجنوبي، أُنجِزَت عشرُ مُشاهداتٍ لعبور الكوكب LHS 1678 b، وثلاثُ عشرةَ لعبور LHS 1678 c، وتسعٌ للمرشَّح TOI-696.03. يمتلك كلُّ تلسكوبٍ كاميرا Sinistro CCD بمقياسِ بيكسل \(0.39^{\prime\prime}~\mathrm{pixel}^{-1}\) ومجالِ رؤيةٍ قدرُه \(26^{\prime}\). نُفِّذَت المُشاهدات باستخدام مُرشِّحات zs وIc وip، وعُولِجَتِ الصورُ عبر خطّ أنابيب LCOGT Banzai (McCully2018). استُخدِمَ برنامج AstroImageJ (Collins2017) لاستخراجِ قياساتٍ ضوئيّةٍ تفاضليّةٍ وإنشاءِ منحنياتِ الضَّوء. وفي حالةِ TOI-696.03، أجرينا أيضاً فحصاً لاستبعاد احتمالِ كونِ الإشاراتِ ناجمةً عن نظامٍ نجميٍّ كسوفيّ (EB). أَدرجنا منحنياتِ الضوء الناتجةَ من LCOGT ضمن نمذجةِ الكواكبِ الثلاثة لاشتقاقِ المعلمات والبحثِ عن تبايناتِ توقيتِ العبور، وذلك وَفْقاً للقسم [ssec:analysis-exoplanet-modeling].
تشمَلُ المُشاهداتُ الإضافيّة، المذكورةِ في Silverstein2022_LHS1678، عبوراً واحداً للكوكب LHS 1678 c عبر نظام MEarth-South. يعرض الجدول [table:GBLC] قائمةً كاملةً بمنحنياتِ الضوء من LCOGT وMEarth المُدرجةِ في نمذجةِ الكواكب.
يُوضِّح Silverstein2022_LHS1678 أيضاً سلسلةً زمنيّةً للسُّرعةِ الشُّعاعيّة حصلنا عليها من مطياف HARPS. استُخدِمت هذه البيانات ضمن برنامج ESO (رقم 1102.C-0339) لتقييدِ كُتلةِ الكوكبَين b وc. ونستخدمُ هنا هذه البياناتَ عينَها في تحليلٍ مُشتركٍ يشمل المُرشَّحَ الثالث (انظر القسم [ssec:analysis-exoplanet-modeling]).