这个动画展示了开普勒- 223行星系统，它具有长期的稳定性，因为它的四颗行星在围绕其主恒星运行时相互作用，保持着精心编排的舞蹈节奏。例如，最内层的行星(Kepler-223b)每绕系统恒星公转3圈，第二近的行星(Kepler-223c)就精确地公转4圈，这两颗行星就会回到相对于彼此和它们的主恒星的相同位置。开普勒-233系统的四颗行星的轨道周期的比率正好是3比4,4比6和6比8。这些轨道的比例是如此精确，以至于它们为行星系统提供了稳定的影响。动画资料:W. Rebel
对银河系中围绕其他恒星运行的行星的研究揭示了一个不同寻常的行星家族，它们的运行轨道非常精确，为它们的行星系统提供了长期的稳定性。包括宾夕法尼亚州立大学天体物理学家在内的一个研究小组将在该杂志上发表一篇描述该行星系统形成的论文自然2016年5月11日。
“开普勒- 223行星系统具有不同寻常的长期稳定性，因为它的四颗行星在围绕主恒星运行时相互作用，保持着精心编排的舞蹈节奏，”宾夕法尼亚州立大学(Penn State)天文学和天体物理学教授、研究小组成员埃里克·福特(Eric Ford)说。最内层的行星(Kepler-223b)每绕该系统的恒星转3圈，第二近的行星(Kepler-223c)就精确地转4圈。因此，这两颗行星回到了相对于彼此和它们的主恒星的相同位置。
在开普勒-233星系中，舞蹈要复杂得多。福特说:“开普勒-233系统的四颗行星的轨道周期比例正好是3比4、4比6和6比8。”四颗行星轨道的比例是如此精确，以至于它们为行星系统提供了稳定的影响。福特说:“这些行星运行轨道的精确时间对它们的形成有很大的限制。”
“我们的分析表明，在该系统形成和演化过程中，缓慢、平稳的迁移将能够使这些行星进入我们观察到的微妙的平衡结构。”地球上的一个例子是，一组并排的、未受干扰的机械节拍器随着时间的推移而实现同步，尽管它们各自开始以不同的频率滴答。“开普勒-223系统是最好的例子之一，它为行星的形成提供了强有力的线索，”福特说。
研究开普勒- 223这样的系统很重要，因为它们为测试行星形成模型提供了难得的机会。福特说，研究小组的结果对许多其他行星系统都有影响。该团队对行星迁移进行了数值模拟，生成了开普勒-223系统当前的结构，这与我们太阳系外的行星，木星、土星、天王星和海王星的迁移相似。福特说，开普勒发现了许多系统，其中有多个超级地球和/或亚海王星大小的行星，在它们的主恒星附近绕轨道运行，但这些系统中的绝大多数都不是像开普勒-223那样的特殊共振结构。“许多这样的系统可能是类似于开普勒- 223形成的，但后来变得不稳定，可能是由于一颗更遥远的大质量行星，或者可能是由于行星形成过程中遗留下来的许多更小的星子散射的累积效应。”
科学家们利用美国国家航空航天局开普勒望远镜的数据，测量四颗行星在经过其恒星前时各自遮挡了多少星光，并检测出每颗行星轨道的细微变化。结合开普勒和凯克天文台的观测结果，该团队能够推断出行星的大小和质量。
福特对研究的贡献包括提高了计算效率和统计分析的质量，这使得团队能够提供行星质量和轨道的严格统计限制。“通常，需要先进的统计和动力学建模来解释开普勒天文台探测到的丰富的天体物理效应。对于像开普勒-223这样有强烈相互作用的行星的系统，这样的分析需要有效的统计算法和大量的计算资源的结合，”福特说。
“宾夕法尼亚州立大学的系外行星和宜居世界中心的几名教师、博士后研究人员和学生正积极地对开普勒最令人兴奋的发现(比如开普勒- 223)的丰富数据宝藏进行详细分析，”福特说。在宾夕法尼亚州立大学(Penn State)，天体统计中心(Center for Astrostatistics)和网络科学研究所(Institute for Cyberscience)的研究人员在开发和应用高级统计和计算方法方面处于领先地位，这些方法对科学研究产生的数据和其他数据都很重要。宾夕法尼亚州立大学新的跨学科统计建模数据科学项目开始训练本科生应用现代统计学的理论机制来寻找涉及非常复杂或大量数据的问题的答案，即所谓的“大数据”。
除了福特，研究小组的成员还包括芝加哥大学的肖恩·m·米尔斯和丹尼尔·c·法布里基;Szczecin大学和Nicolaus哥白尼大学的Cezary Migaszewski;加州大学伯克利分校和加州理工学院的埃里克·佩蒂古拉(Erik Petigura);以及加州大学伯克利分校的霍华德·艾萨克森。
这项研究是由美国国家航空航天局、阿尔弗雷德·p·斯隆基金会和波兰国家科学中心资助的。
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