Małe gwiazdy mogą posiadać planety większe niż dotychczas sądzono
Z nowych badań wynika, że gwiazdy o masie mniejszej niż połowa masy Słońca są w stanie posiadać olbrzymie planety w stylu Jowisza, co stoi w sprzeczności z najczęściej akceptowana teorią powstawania takich planet.
Wizja artystyczna wschodu Słońca na planecie NGTS-1b, gazowym olbrzymie odkrytym wcześniej na orbicie wokół małomasywnej gwiazdy.
Źródło: University of Warwick/Mark Garlick
Gazowe olbrzymy, podobnie jak inne planety, powstają z dysków materii otaczających młode gwiazdy. Zgodnie z teorią akrecji rdzenia, najpierw tworzą one jądro ze skał, lodu i innych ciężkich ciał stałych, przyciągając zewnętrzną warstwę gazu, gdy to jądro jest wystarczająco masywne (około 15 do 20 razy większe niż Ziemia).
Jednak gwiazdy o niskiej masie mają małomasywne dyski, które, jak przewidują modele, nie dostarczają wystarczająco dużo materiału, aby uformować w ten sposób gazowego olbrzyma, a przynajmniej nie wystarczająco szybko, zanim dysk się rozpadnie.
W badaniu opublikowanym w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) naukowcy przyjrzeli się 91 306 gwiazdom o niskiej masie, wykorzystując obserwacje z satelity Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), i w 15 przypadkach znaleźli spadki jasności odpowiadające gazowemu olbrzymowi przechodzącemu przed gwiazdą.
Pięć z piętnastu potencjalnych planet olbrzymów zostało od tego czasu potwierdzonych jako planety przy użyciu niezależnych metod. Jedna z tych potwierdzonych planet krąży wokół gwiazdy o masie równej ⅕ masy Słońca – co nie byłoby możliwe według modeli formowania się planet.
Główny autor pracy, dr Ed Bryant (Mullard Space Science Laboratory na UCL, dawniej University of Warwick), powiedział: Gwiazdy o niskiej masie są lepsze w formowaniu planet olbrzymów niż myśleliśmy. Nasze wyniki rodzą poważne pytania dotyczące modeli formowania się planet. W szczególności nasze wykrycie gazowych olbrzymów krążących wokół gwiazd o masie zaledwie 20% masy Słońca jest sprzeczne z obecną teorią.
Współautor, dr Vincent Van Eylen (Mullard Space Science Laboratory na UCL), dodaje: Fakt, że choć rzadko, gazowe olbrzymy istnieją wokół gwiazd o niskiej masie, jest nieoczekiwanym odkryciem i oznacza, że modele powstawania planet będą musiały zostać zrewidowane.
Jedna z możliwych interpretacji jest taka, że gazowe olbrzymy nie powstają w wyniku niestabilności grawitacyjnej, gdzie dysk otaczający gwiazdę rozpada się na grudki pyłu i gazu wielkości planety. Jeżeli tak jest, to małomasywne gwiazdy mogłyby posiadać bardzo duże gazowe olbrzymy, dwu- lub trzykrotnie większe od masy Jowisza. Jednak uważa się to za mało prawdopodobne, ponieważ dyski wokół gwiazd o niskiej masie nie wydają się być wystarczająco masywne, aby ulec takiej fragmentacji.
Innym wyjaśnieniem, jak twierdzą naukowcy, jest to, że astronomowie nie docenili tego, jak masywny może być dysk gwiazdy, co oznacza, że małe gwiazdy mogą tworzyć olbrzymie planety poprzez akrecję jądra.
Może być to spowodowane tym, że źle obliczyli masę dysków, które możemy obserwować przez teleskopy albo tym, że dyski mają większą masę na początku życia gwiazdy, kiedy są bardzo trudne do zaobserwowania (ponieważ są osadzone w obłokach pyłu), w porównaniu z późniejszym okresem życia gwiazdy, kiedy możemy je obserwować.
Współautor, dr Dan Bayliss (University of Warwick) powiedział: Możliwe, że nie rozumiemy masy tych dysków protoplanetarnych tak dobrze, jak nam się wydawało. Potężne nowe instrumenty, takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będą w stanie zbadać właściwości tych dysków bardziej szczegółowo.
W swojej pracy badacze starali się określić, jak często olbrzymie planety występują wokół gwiazd o niskiej masie, sprawdzając, czy ten wskaźnik występowania pasuje do tego, co przewidywałyby modele akrecji jądra.
Użyli oni algorytmu do identyfikacji sygnałów tranzytujących gazowych olbrzymów w świetle emitowanym przez gwiazdy o niskiej masie. Następnie zweryfikowali te sygnały, odrzucając szereg fałszywych pozytywów.
Aby określić, jak prawdopodobne jest, że ich metoda wykryje rzeczywiste gazowe olbrzymy orbitujące wokół tych gwiazd, umieścili symulacje tysięcy sygnałów tranzytujących planet do rzeczywistych danych światła gwiazd TESS, a następnie dodali swój algorytm, aby zobaczyć, ile z tych planet zostanie wykrytych.
Teraz naukowcy pracują nad potwierdzeniem (lub wykluczeniem) dziewięciu z piętnastu kandydujących planet, które zidentyfikowali. Ci kandydaci mogą potencjalnie być gwiazdami towarzyszącymi lub może istnieć inny powód spadków jasności. Zespół wnioskuje o masach tych obiektów, szukając „chybotania” w pozycji ich gwiazdy macierzystej, co wskazuje na możliwe oddziaływanie grawitacyjne planety. To kołysanie można wykryć za pomocą analizy spektroskopowej światła gwiazdy – mierząc różne pasma światła, aby śledzić ruch gwiazd od nas lub w naszym kierunku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
