TESS odkrywa nowe światy w strumieniu młodych gwiazd
Korzystając z obserwacji wykonanych przy pomocy satelity TESS, międzynarodowy zespół astronomów odkrył trio gorących światów większych niż Ziemia, krążących wokół znacznie młodszej wersji naszego Słońca nazwanej TOI 451. Układ znajduje się w niedawno odkrytym strumieniu Ryby-Erydan, zbiorze gwiazd mniej więcej w wieku 3% Układu Słonecznego, który rozciąga się na ⅓ nieba.
Planety zostały odkryte na zdjęciach TESS wykonanych między październikiem a grudniem 2018 roku. Dalsze badania TOI 451 i jej planet obejmowały obserwacje wykonane w 2019 i 2020 roku przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Spitzera, a także wielu obiektów naziemnych. Archiwalne dane w podczerwieni pochodzące z satelity NEOWISE – zebrane w latach 2009-2011 pod jego poprzednią nazwą WISE – sugerują, że układ zachowuje chłodny dysk pyłu i skalistego gruzu. Inne obserwacje pokazują, że TOI 451 ma prawdopodobnie dwóch odległych gwiezdnych towarzyszy krążących daleko poza orbitami planet.
Układ ten ma zaledwie 120 mln lat i znajduje się tylko 400 lat świetlnych stąd, co pozwala na jego szczegółowe obserwacje. A ponieważ ma trzy planety wielkości od dwóch do czterech Ziem, stanowią one szczególnie obiecujące cele do testowania teorii ewolucji atmosfer planet.
Strumienie gwiazd powstają, gdy grawitacja naszej galaktyki rozrywa gromady gwiazd lub galaktyki karłowate. Poszczególne gwiazdy poruszają się po pierwotnej orbicie gromady, tworząc wydłużoną grupę, która stopniowo się rozprasza.
W 2019 roku zespół kierowany przez Stefana Meingasta z Uniwersytetu Wiedeńskiego wykorzystał dane z Gai, aby odkryć strumień Ryby-Erydan, nazwany tak od konstelacji zawierających największe skupiska gwiazd. Strumień rozciągający się przez 14 konstelacji ma długość blisko 1300 lat świetlnych.
Później, w 2019 roku naukowcy pod kierownictwem Jasona Curtisa z Columbia University w Nowym Jorku przeanalizowali dane z TESS dla kilkudziesięciu członków strumienia. Młodsze gwiazdy wirują szybciej niż ich starsze odpowiedniki, a także mają zwykle wyraźne plamy gwiazdowe – ciemniejsze, chłodniejsze obszary, takie jak plamy słoneczne. Gdy te plamy obracają się, mogą powodować niewielkie zmiany jasności gwiazdy, które może mierzyć TESS.
Pomiary TESS ukazały przytłaczające dowody na plamy gwiazdowe i szybkie rotacje wśród gwiazd strumienia. Na podstawie tego wyniku Curtis i jego koledzy odkryli, że strumień miał zaledwie 120 mln lat – podobnie, jak słynna gromada gwiazd Plejady i jest osiem razy młodszy niż poprzednio szacowano. Masa, młodość i bliskość strumienia Ryby-Erydan sprawiają, że jest to ekscytujące istotne laboratorium do badania formowania się i ewolucji gwiazd i planet.
Młoda gwiazda TOI 451, lepiej znana astronomom jako CD-38 1467, znajduje się około 400 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Erydanu. Ma masę 95% masy Słońca, ale jest 12% od niego mniejsza, nieco chłodniejsza i emituje 35% mniej energii. TOI 451 obraca się co 5,1 dnia, czyli ponad 5 razy szybciej niż Słońce.
TESS dostrzega nowe światy, szukając tranzytów, delikatnych, regularnych pociemnień, które występują, gdy planeta przechodzi między gwiazdą a obserwatorem. Tranzyty wszystkich trzech planet są widoczne w danych TESS. Zespół Elisabeth Newton, profesor nadzwyczajnej fizyki i astronomii w Dartmouth College w Hanowerze, New Hampshire, która kierowała badaniami, uzyskał pomiary z teleskopu Spitzera potwierdzające ustalenia TESS, co pomogło wykluczyć możliwe alternatywne wyjaśnienia. Dodatkowe uzupełniające obserwacje pochodziły z Obserwatorium Las Cumbres – globalnej sieci teleskopów z siedzibą w Goleta w Kalifornii – oraz z Perth Exoplanet Survey Telescope w Australii.
Nawet najodleglejsza planeta w układzie TOI 451 krąży bliżej niej niż Merkury wokół Słońca, więc wszystkie te światy są dość gorące i niegościnne dla życia, jakie znamy. Szacowane temperatury ich powierzchni wahają się od 1200 oC dla najbardziej wewnętrznej planety do około 450 oC dla najbardziej zewnętrznej.
TOI 451 b okrąża swoją gwiazdę macierzystą w ciągu 1,9 dnia, ma rozmiar około 1,9 Ziemi, a jej szacunkowa masa waha się od 2 do 12 mas Ziemi. Następna planeta, TOI 451 c, okrąża gwiazdę w czasie 9,2 dnia, jest około 3 raz większa od Ziemi i ma masę od 3 do 16 Ziem. Najdalszy i największy świat, TOI 451 d, okrąża gwiazdę w czasie 16 dni, jest czterokrotnie większy od naszej planety i waży od 4 do 19 Ziem.
Astronomowie spodziewają się, że tak duże planety zachowają większość swojej atmosfery pomimo intensywnego ciepła od ich pobliskiej gwiazdy. Różne teorie dotyczące ewolucji atmosfery do czasu, gdy układ osiągnie wiek TOI 451, przewidują szeroki zakres właściwości. Obserwacja światła gwiazd przechodzącego przez atmosfery tych planet daje możliwość zbadania tej fazy rozwoju i może pomóc w ograniczeniu obecnych modeli.
Obserwacje z WISE pokazują, że układ ten jest niezwykle jasny w niewidocznym dla ludzkich oczu świetle podczerwonym o długości fal 12 i 24 mikrometrów. To sugeruje obecność dysku gruzów, gdzie zdarzają się skaliste ciała podobne do planetoid, które ścierają się w pył. Chociaż Newton i jej zespół nie są w stanie określić rozmiaru dysku, wyobrażają go sobie jako rozproszony pierścień skał i pyłu, skupiony mniej więcej w takiej odległości od gwiazdy, jak Jowisz od naszego Słońca.
Naukowcy zbadali również słabą sąsiednią gwiazdę, która pojawiła się w odległości około 2 pikseli od TOI 451 na obrazach TESS. Na podstawie danych z Gai zespół Newton ustalił, że gwiazda ta jest związanym grawitacyjnie towarzyszem, znajdującym się tak daleko od TOI 451, że światło potrzebuje 27 dni aby się do niej dostać. W rzeczywistości naukowcy uważają, że towarzyszem jest prawdopodobnie układ podwójny dwóch karłów typu M, z których każdy ma około 45% mas Słońca i emituje tylko 2% jego energii.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
