Obserwacje sugerują, że nie wszystkie gorące jowisze krążą samotnie
Badania pokazują, że gorące jowisze nie wyrzucają systematycznie swoich planetarnych sąsiadów podczas migracji. Odkrycie to obala nasze postrzeganie architektury układów planetarnych.
 |
| Wizja artystyczna układu WASP-132 złożonego z gorącego jowisza (na pierwszym planie), wewnętrznej superziemi (tutaj przechodzi przed pomarańczową gwiazdą macierzystą) i planety WASP-132d odkrytej na zewnętrznych krańcach układu. Źródło: Thibaut Roger - Université de Genève |
Gorące jowisze to olbrzymie egzoplanety, które początkowo krążyły samotnie w pobliżu swojej gwiazdy. Uważano, że podczas migracji w kierunku swojej gwiazdy planety te akreują lub wyrzucają wszelkie inne obecne planety. Paradygmat ten został jednak obalony przez ostatnie obserwacje, a ostateczny cios mogą przynieść nowe badania prowadzone przez Uniwersytet Genewski (UNIGE). Zespół obejmujący Narodowe Centrum Kompetencji Badawczych (NCCR) PlanetS, Uniwersytet w Bernie (UNIBE) i Zurychu (UZH) oraz kilka zagranicznych uniwersytetów ogłosił właśnie istnienie układu planetarnego WASP-132 o nieoczekiwanej architekturze. Zawiera on nie tylko gorącego jowisza, ale także wewnętrzną superziemię i lodowego olbrzyma. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
Gorące jowisze to planety o masie podobnej do Jowisza, ale orbitujące blisko swojej gwiazdy, w znacznie mniejszej odległości niż Merkury od Słońca. Trudno jest tym olbrzymim planetom uformować się tam, gdzie są obserwowane, ponieważ w pobliżu gwiazdy nie ma wystarczającej ilości gazu i pyłu. Muszą więc powstawać z dala od niej i migrować w miarę ewolucji układu planetarnego.
Wyniki te rzucają istotne ograniczenia teoriom powstawania planet.
Do niedawna astronomowie obserwowali, że gorące jowisze były odizolowane wokół swojej gwiazdy, bez innych planet w pobliżu. Obserwacja ta wydawała się tym bardziej wiarygodna, że istniała teoria wyjaśniająca to zjawisko. Procesy związane z migracją planet olbrzymów w kierunku ich gwiazd macierzystych prowadzą do akrecji lub wyrzucenia planet znajdujących się na wewnętrznej orbicie. Ostatnie obserwacje sugerują jednak inne scenariusze.
Zespół kierowany przez Astronomy Department of the UNIGE Faculty of Science, we współpracy z UNIBE i UZH, w ramach NCCR PlanetS oraz z innymi międzynarodowymi instytucjami, właśnie potwierdził ten trend. Naukowcy odkryli istnienie wieloplanetarnego układu składającego się z gorącego jowisza, wewnętrznej superziemi (jeszcze bliżej gwiazdy niż gorący jowisz) i zewnętrznej masywnej olbrzymiej planety (znacznie dalej od gwiazdy niż gorący jowisz). Jeśli gorące jowisze nie zawsze są same w swoim układzie planetarnym, to ich proces migracji musi być inny, aby zachować architekturę układu.
Unikalny układ wieloplanetarny
Układ WASP-132 jest unikalnym układem wieloplanetarnym. Zawiera on gorącego jowisza, który okrąża swoją gwiazdę w ciągu 7 dni i 3 godzin; superziemię (skalistą planetę o masie 6 razy większej od masy Ziemi), która okrąża gwiazdę w ciągu zaledwie 24 godzin i 17 minut; oraz olbrzymią planetę (o masie 5 razy większej od masy Jowisza), która okrąża gwiazdę macierzystą w ciągu 5 lat. Ponadto, znacznie masywniejszy towarzysz, prawdopodobnie brązowy karzeł (ciało niebieskie o masie pomiędzy masą planety a masą gwiazdy), krąży w bardzo dużej odległości.
Układ WASP-132 jest niezwykłym laboratorium do badania powstawania i ewolucji układów planetarnych. Odkrycie gorącego jowisza wraz z wewnętrzną superziemią i odległym olbrzymem podważa nasze rozumienie powstawania i ewolucji tych układów – powiedział François Bouchy z UNIGE i współautor badania. To pierwszy raz, kiedy zaobserwowaliśmy taką konfigurację! – dodała Solène Ulmer-Moll z UNIGE i UNIBE, współautorka artykułu.
Osiemnaście lat obserwacji
Dla egzoplanetologów historia gwiazdy WASP-132 rozpoczęła się w 2006 roku, w ramach programu Wide-Angle Search for Planets (WASP). W 2012 roku nagromadzenie ponad 23 000 pomiarów fotometrycznych umożliwiło zidentyfikowanie kandydata na planetę, WASP-132b, o promieniu 0,87 razy większym od promienia Jowisza i okresie orbitalnym wynoszącym 7,1 dnia. W 2014 roku spektrograf CORALIE, zainstalowany na szwajcarskim teleskopie Eulera i prowadzony przez UNIGE, rozpoczął kampanię monitorowania tej kandydatki. W 2016 roku potwierdzono istnienie WASP-132b i określono jej masę na 0,41 masy Jowisza. Ponadto pomiary CORALIE wskazują na obecność kolejnej olbrzymiej planety o bardzo długim okresie obiektu.
Wokół tej samej gwiazdy, pod koniec 2021 roku, teleskop kosmiczny TESS ujawnił sygnał z tranzytującej superziemi o średnicy 1,8 promienia Ziemi i okresie zaledwie 1,1 dnia. W pierwszej połowie 2022 roku spektrograf HARPS w obserwatorium La Silla, w ramach programu prowadzonego przez Davida Armstronga z University of Warwick zmierzył masę superziemi, która jest sześciokrotnie większa od masy Ziemi.
Wykrycie wewnętrznej superziem było szczególnie ekscytujące – wyjaśnił Nolan Grieves z UNIGE i pierwszy autor artykułu. Musieliśmy przeprowadzić intensywną kampanię przy użyciu HARPS i zoptymalizowanego przetwarzania sygnału, aby scharakteryzować jej masę, gęstość i skład, ujawniając planetę o gęstości podobnej do Ziemi.
Obserwacje WASP-132 jeszcze się nie zakończyły, ponieważ satelita Gaia mierzy drobne zmiany w pozycjach gwiazd od 2014 roku, w celu ujawnienia ich planetarnych towarzyszy i zewnętrznych brązowych karłów.
Nowe spojrzenie formowanie się planet
Odkrycie zewnętrznego zimnego olbrzyma i wewnętrznej superziemi dodaje kolejną warstwę złożoności do układu WASP-132. Standardowa hipoteza migracji przez dynamiczne perturbacje gorącego jowisza w kierunku wnętrza nie jest prawdziwa, ponieważ zdestabilizowałoby to orbity pozostałych dwóch planet. Zamiast tego ich obecność sugeruje bardziej stabilną i dynamicznie „chłodną” ścieżkę migracji gorącego jowisza w dysku protoplanetarnym, zachowując jego sąsiadów.
Połączenie precyzyjnych pomiarów promienia i masy umożliwiło również określenie gęstości i składu wewnętrznego planet. Gorący jowisz WASP-132b wykazuje wzbogacenie w pierwiastki ciężkie na poziomie około 17 mas Ziemi, co jest zgodne z modelami powstawania gazowych olbrzymów. Superziemia ma skład zdominowany przez metale i krzemiany, który jest dość podobny do składu Ziemi.
Połączenie gorącego jowisza, wewnętrznej superziemi i zewnętrznego olbrzyma w tym samym układzie dostarcza ważnych ograniczeń dla teorii powstawania planet, a w szczególności procesów migracji – podsumował Ravit Jelled, profesor UZH i współautor artykułu. WASP-132b demonstruje różnorodność i złożoność układów wieloplanetarnych, podkreślając potrzebę bardzo długoterminowych, precyzyjnych obserwacji.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
