Planety lżejsze od waty cukrowej. Są wielkości Jowisza
Astronomowie odkryli dwa superpuchate globy TOI-791 b i TOI-791 c. Ich ekstremalnie mała gęstość zaskoczyła badaczy.
Astronomowie odnaleźli dwie niezwykłe egzoplanety, które trudno porównać z czymkolwiek z naszego Układu Słonecznego. TOI-791 b i TOI-791 c krążą wokół gwiazdy oddalonej od Ziemi o około 1110 lat świetlnych. Oba globy mają rozmiary zbliżone do Jowisza, ale ich masa i gęstość są skrajnie małe.
Naukowcy z University of Oxford, Université Côte d’Azur, University of Birmingham opisali to niezwykłe odkrycie w piśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Gwiazda TOI-791 leży w południowym gwiazdozbiorze Ryby Latającej.
Planety lżejsze od waty cukrowej. Naukowcy znaleźli rzadki układ
„Znamy zaledwie garstkę takich superpuchatych planet, a znalezienie dwóch w tym samym układzie jest jeszcze rzadsze. Ich skrajnie małe gęstości czynią je fascynującymi obiektami do badań nad tym, jak układy planetarne powstają i ewoluują” – mówi dr George Dransfield z University of Oxford, główna autorka pracy opublikowanej w piśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
Astronomowie określają takie światy jako superpuchate planety. W praktyce oznacza to globy o bardzo rozległych atmosferach i wyjątkowo małej średniej gęstości. W przypadku TOI-791 b wynosi ona 0,038 grama na centymetr sześcienny, a w przypadku TOI-791 c 0,047 grama na centymetr sześcienny.
Dla porównania średnia gęstość Jowisza wynosi około 1,33 grama na centymetr sześcienny. Obie planety są więc wielokrotnie rzadsze od największej planety Układu Słonecznego.
Astronomowie zwracają uwagę, że ich gęstość jest nawet mniejsza niż gęstość waty cukrowej. Brzmi jak naukowy żart z wesołego miasteczka, ale badacze opisują jedne z najbardziej niezwykłych gazowych olbrzymów znalezionych poza Układem Słonecznym.
TOI-791 b i TOI-791 c krążą wokół tej samej gwiazdy
Badacze zakładają, że TOI-791 b i TOI-791 c powstały w tym samym czasie, z tego samego dysku gazowo-pyłowego. Taki dysk otacza młodą gwiazdę i dostarcza materiału, z którego tworzą się planety.
Oba globy poruszają się w szczególnej relacji orbitalnej. Astronomowie opisują ją jako rezonans ruchu średniego 5:3. Oznacza to, że planeta wewnętrzna wykonuje pięć obiegów wokół gwiazdy w czasie, w którym planeta zewnętrzna wykonuje prawie trzy obiegi.
Taka konfiguracja pomaga naukowcom dokładniej obliczyć masy planet. Globy przyciągają się grawitacyjnie, dlatego ich przejścia przed tarczą gwiazdy nie wypadają zawsze idealnie w tym samym momencie. Astronomowie mierzą te przesunięcia i na tej podstawie ustalają masy planet.
Ten układ ma dla nauki większą wartość niż pojedyncza nietypowa planeta. Dwa podobne globy przy tej samej gwieździe pozwalają porównać ich budowę i historię bez mieszania zbyt wielu dodatkowych czynników.
Misja IGNIS: polskie próbki leków wróciły z kosmosu po 14 miesiącach
Odkrycie zaczęło się od danych z teleskopu TESS
Pierwsze sygnały o istnieniu planet pojawiły się w danych z satelity TESS, należącego do NASA. Wolontariusze z projektu Planet Hunters TESS wskazali kandydatki na planety w 2019 i 2023 roku.
Projekt obywatelski polega na przeszukiwaniu danych z obserwacji gwiazd. Uczestnicy szukają niewielkich spadków jasności, które mogą oznaczać, że planeta przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy.
Astronomowie uzyskali informacje o rozmiarach planet dzięki analizie tranzytów. Tranzyt następuje wtedy, gdy planeta przechodzi na tle gwiazdy i zasłania część jej światła. Z takiego spadku jasności badacze wyliczają średnicę planety.
Masy planet określono natomiast na podstawie wzajemnych oddziaływań grawitacyjnych. Sama wielkość globu nie wystarcza do oceny jego budowy. Dopiero połączenie rozmiaru i masy pozwala obliczyć gęstość planety.
Antarktyda pomogła potwierdzić superpuchate planety
Odkrycie wymagało obserwacji prowadzonych przez osiem lat. Naukowcy wykorzystali między innymi teleskop ASTEP w stacji Concordia na Antarktydzie.
Czy jesteśmy kosmitami? Naukowcy z Johns Hopkins University twierdzą, że to możliwe
Antarktyczna zima dała astronomom warunki, których nie zapewnia większość obserwatoriów. Przez wiele tygodni badacze mogli korzystać z długiej, stabilnej ciemności. To pozwoliło zarejestrować bardzo długie tranzyty planet w jednej, nieprzerwanej obserwacji.
Każdy tranzyt trwał ponad 11 godzin. Przy tak długich zjawiskach przerwy w obserwacji mogą zniszczyć dużą część danych. Antarktyda rozwiązała ten problem lepiej niż klasyczne obserwatoria położone w miejscach z normalnym cyklem dnia i nocy.
W badaniach połączono dane z Antarktydy, teleskopów kosmicznych i obserwatoriów na kilku kontynentach. Dopiero taka współpraca pozwoliła naukowcom potwierdzić prawdziwą naturę obu planet.
Kosmos: Człowiek daleko nie doleci, wyślemy tam roboty
Skąd bierze się tak mała gęstość planet TOI-791?
Astronomowie nadal nie wiedzą dokładnie, jak powstają planety o tak niskiej gęstości. Jedna z głównych hipotez zakłada, że superpuchate planety mają ogromne atmosfery bogate w wodór i hel.
Taka atmosfera może tworzyć znaczną część całkowitej masy planety. Wtedy glob osiąga rozmiary podobne do Jowisza, ale nie ma tak dużej masy jak klasyczny gazowy olbrzym.
Naukowcy przypuszczają, że planety mogły powstać daleko od swojej gwiazdy, w chłodniejszych rejonach dysku protoplanetarnego. Tam gaz mógł szybciej gromadzić się wokół stałego jądra. Później planety mogły przesunąć się bliżej gwiazdy.
„System ten stanowi wyjątkowe laboratorium do badań tego, jak powstają i ewoluują planety o super-niskiej gęstości. Proponujemy przeprowadzenie obserwacji z wykorzystaniem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, aby sprawdzić, czy obszerna atmosfera zawiera związki zawierające węgiel, azot i tlen. Mogłoby to dostarczyć nowych informacji o tym, jak powstały te niezwykłe planety” – mówi współautor odkrycia, prof. Amaury Triaud z University of Birmingham.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może zbadać ich atmosfery
Dalsze obserwacje mogą wyjaśnić, czy TOI-791 b i TOI-791 c są krótkim etapem w rozwoju planet, czy osobną klasą globów, które tworzą się tylko w szczególnych warunkach. Astronomowie chcą przede wszystkim poznać skład ich atmosfer.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może sprawdzić, czy w atmosferach tych planet znajdują się związki zawierające węgiel, azot i tlen. Takie dane pomogłyby odtworzyć warunki, w których powstały oba globy.
„Te wieloplanetarne układy są złożone – zachodzą w nich oddziaływania grawitacyjne między planetami, które ewoluują w bardzo długich skalach czasu, liczonych w dziesiątkach lat lub więcej. To odkrycie podkreśla znaczenie ciągłej międzynarodowej współpracy w astronomii. Połączenie obserwacji z Antarktydy, teleskopów kosmicznych i obserwatoriów na kilku kontynentach było niezbędne, aby ujawnić prawdziwą naturę tych niezwykłych planet” – dodaje współautor badania, Tristan Guillot z Université Côte d’Azur.
TOI-791 b i TOI-791 c to gazowe olbrzymy o skrajnie rozległych atmosferach. Ich znaczenie polega na tym, że pomagają lepiej zrozumieć, jak różnorodne mogą być układy planetarne poza Układem Słonecznym.
Źródła: University of Oxford/EurekAlert, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Czytaj więcej
