Gazowe olbrzymy są rzadkością wokół czerwonych karłów
Niedostatek gazowych olbrzymów może utrudniać powstawanie planet potencjalnie nadających się do zamieszkania podobnych do Ziemi wokół czerwonych karłów.
Wizja artystyczna planety podobnej do Jowisza wokół czerwonego karła.
Źródło: Melissa Weiss, CfA
Astronomowie odkryli, że najmniejsze i najczęściej spotykane gwiazdy we Wszechświecie, znane jako czerwone karły, wykazują bardzo rzadkie występowanie dużych planet podobnych do Jowisza. Ta niedostateczna obecność gazowych olbrzymów może mieć istotny wpływ na rozwój planet podobnych do Ziemi wokół czerwonych karłów oraz na poszukiwanie potencjalnych światów zdolnych do podtrzymania życia pozaziemskiego.
Jak przystało na największą planetę, Jowisz odegrał dominującą rolę w ewolucji naszego Układu Słonecznego. Naukowcy są przekonani, że odegrał on kluczową rolę w kształtowaniu Ziemi, przygotowując grunt pod jej ewolucję i czyniąc ją odpowiednią do zamieszkania. Ten gazowy olbrzym miał wpływ na formowanie się, rozmiar i skład naszej planety. Brak obecności podobnych masywnych gazowych olbrzymów w układach planetarnych z czerwonymi karłami sugeruje, że zamieszkałe skaliste światy mogły nie ewoluować w takie szczególnie przyjazne dla życia miejsca.
Wykazaliśmy, że najmniej masywne gwiazdy nie mają jowiszów, czyli planet o masie Jowisza, które otrzymują podobne ilości światła gwiazdy, jakie Jowisz otrzymuje od naszego Słońca – powiedziała Emily Pass, badaczka z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) i główna autorka nowego badania, przekazując wyniki. Chociaż odkrycie to sugeruje, że planet podobnych do Ziemi może brakować w pobliżu czerwonych karłów, wciąż jest tak wiele rzeczy, których jeszcze nie wiemy o tych układach, więc musimy mieć otwarte umysły.
Odkrycia te są o tyle istotne, że wiele czerwonych karłów stanowi naszych najbliższych kosmicznych sąsiadów. Ta bliskość, w połączeniu z cechami chłodnych i słabych czerwonych karłów, które nie przytłaczają swoich planet jasnym światłem, sprawia, że stają się one najbardziej interesującymi obiektami do badania atmosfer egzoplanet – stanowiących kluczowy priorytet badawczy zarówno obecnie, jak i w ciągu kilku następnych dziesięcioleci.
Czerwone karły, którym przyjrzeliśmy się w tym badaniu, są naszymi najbliższymi kosmicznymi sąsiadami, co oznacza, że ich planety są idealnymi kandydatami do szczegółowego zbadania przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – powiedział współautor badania David Charbonneau, profesor na Uniwersytecie Harvarda i członek Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian. Ale teraz, gdy mamy bardzo mocne dowody na to, że zimne gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz i Saturn, są niezwykle rzadkie wokół tych gwiazd, planety skaliste o umiarkowanym klimacie, które ostatecznie badamy, mogą znacznie odbiegać od naszych ziemskich oczekiwań.
Aby ocenić częstotliwość występowania planet typu Jowisza, zespół badaczy pod kierownictwem Pass przeprowadził badania na niezwykle licznej populacji 200 małych czerwonych karłów. Każdy z tych karłów posiadał masę od 10% do 30% masy Słońca, co jest powszechne wśród tego typu gwiazd. Warto zauważyć, że małe czerwone karły przewyższają liczebnie gwiazdy o wielkości Słońca w naszej Galaktyce. Obserwacje zostały prowadzone w latach 2016-2022 głównie w Obserwatorium Freda Lawrence'a Whipple'a w Arizonie, a także przy wykorzystaniu Międzyamerykańskiego Obserwatorium Cerro Tololo w Chile. Dane zebrane podczas tych obserwacji stanowiły podstawę analizy częstotliwości występowania planet typu Jowisza.
Naukowcy wykorzystali metodę pomiaru prędkości radialnych, aby odkryć duże egzoplanety w zbiorze danych dotyczących gwiazd. Podczas gdy planety krążą wokół swoich gwiazd macierzystych, wzajemne oddziaływanie grawitacyjne między nimi powoduje minimalne „chwianie” gwiazd, które można zaobserwować w dokładnych odczytach światła gwiazd.
Podczas pełnego badania gwiazd, naukowcy nie znaleźli żadnej planety o podobnych właściwościach jak Jowisz. Biorąc pod uwagę nieuniknione niepewności statystyczne, badacze mogą pewnie stwierdzić, że jowisze występują w mniej niż 2% układów planetarnych związanych z małomasywnymi czerwonymi karłami.
Odkrycia te wyraźnie kontrastują z analogicznymi badaniami gwiazd o średniej wielkości, takich jak nasze Słońce. Przeważnie takie gwiazdy posiadają masywne planety, które krążą w odległościach podobnych do Jowisza. Ogromne masy tych światów – przykładowo, Jowisz ma masę większą niż suma mas wszystkich innych planet Układu Słonecznego – generują ogromną grawitację, która wywiera znaczny wpływ na inne ciała niebieskie.
W Układzie Słonecznym Jowisz jest tyranem – powiedział Charbonneau. Wiele z tego, co sprawia, że Ziemia jest taka, jaka jest, wywodzi się z tego, co robił Jowisz we wczesnych fazach historii Układu Słonecznego.
Jednym z najważniejszych wydarzeń w historii Układu Słonecznego jest migracja Jowisza, która miała miejsce w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat jego istnienia. Po powstaniu w odległych zakątkach Układu Słonecznego, Jowisz wraz z innymi planetami zewnętrznymi przemieścił się w kierunku Słońca. W trakcie tego procesu potężne oddziaływanie grawitacyjne Jowisza spowodowało rozrzucenie wielu bogatych w lód kometarnych ciał na kolizyjny kurs z czterema skalistymi planetami w wewnętrznej części Układu Słonecznego.
Gdy ogromna ilość tych lodowych ciał uderzyła w naszą młodą planetę, dostarczyły one znaczną ilość wody, potencjalnie również cząsteczek zawierających węgiel. W rezultacie, na powierzchni naszej planety pojawiły się oceany, w których, jak się przypuszcza, cząsteczki organiczne mieszały się przez miliony lat. W końcu te cząsteczki nabrały złożoności i zaczęły replikować się, tworząc to, co nazywamy życiem.
Bez Jowisza te warunki mogłyby się nie pojawić, a podróż do życia mogłaby się nigdy nie rozpocząć.
Chociaż nowe odkrycia sugerują, że warunki, które przyczyniły się do stworzenia przynajmniej jednej nadającej się do zamieszkania planety w naszym Układzie Słonecznym, prawdopodobnie nie będą spełnione w układach słonecznych z małymi czerwonymi gwiazdami, to wciąż istnieje możliwość istnienia życia pozaziemskiego w tych układach.
Nie sądzimy, aby brak planet jowiszowych oznaczał, że skaliste planety wokół czerwonych karłów nie nadają się do zamieszkania – powiedział Charbonneau.
Wyraźny brak olbrzymich planet podobnych do Jowisza oznacza, że więcej surowca powinno być dostępne do konstrukcji mniejszych, skalistych obiektów, gdyż materiał ten nie został wykorzystany na tworzenie światów o podobnej skali co Jowisz. Faktycznie, inne badania wykazały, że skaliste planety wokół czerwonych karłów są zazwyczaj znacznie większe niż te obecne wokół gwiazd podobnych do Słońca.
Z tego wynika, że planety skaliste wydają się powstawać w większej ilości wokół czerwonych karłów w porównaniu do gwiazd podobnych do Słońca. Na przykład, znany układ planetarny TRAPPIST-1 składa się z siedmiu skalistych światów, które krążą na orbitach znacznie bliższych swojej gwiazdy niż Merkury wokół naszego Słońca.
W skrócie, układy planetarne wokół czerwonych karłów różnią się od naszych, co otwiera fascynujące perspektywy dla potencjalnych siedlisk życia, o których istnieniu jeszcze nie zdajemy sobie sprawy.
Nasza praca sugeruje, że skaliste światy o masie podobnej do Ziemi i krążące wokół czerwonych karłów powstały i rosły w zupełnie innym środowisku niż nasza planeta – powiedziała Pass. Jesteśmy podekscytowani możliwością zobaczenia, co to dokładnie oznacza, ponieważ posuwamy się naprzód w zdalnym badaniu planet w naszym kosmicznym sąsiedztwie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
