Połączenie procesów kosmicznych kształtuje wielkość i lokalizację podneptunów
Nowo opracowane narzędzie pozwala analizować dane i wykrywać planety mniejsze od Neptuna wokół młodych gwiazd, zapewniając wgląd w ich powstawanie.
 |
| W tym hipotetycznym układzie planetarnym przedstawionym w czasie, planety b do f są przedstawione na trzech odrębnych etapach: 10 do 100 milionów lat (Myr) na górnym panelu, 100 Myr do 1 miliarda lat (Gyr) na środkowym panelu i ponad 1 Gyr na dolnym panelu. Źródło: Abigail Minnich |
Jak wynika z nowych badań przeprowadzonych przez naukowców z Penn State, połączenie procesów kosmicznych kształtuje powstawanie jednego z najczęstszych rodzajów egzoplanet. Zespół badawczy wykorzystał dane z satelity Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) do zbadania młodych podneptunów – planet większych niż Ziemia ale mniejszych niż Neptun – które krążą blisko swoich gwiazd macierzystych. Praca ta zapewnia wgląd w to, w jaki sposób planety te mogą migrować do wewnątrz lub tracić atmosferę we wczesnych stadiach rozwoju.
Artykuł opisujący badania ukazał się 17 marca 2025 roku w czasopiśmie Astronomical Journal. Odkrycia dostarczają wskazówek na temat właściwości podneptunów i pomagają odpowiedzieć na długo zadawane pytania dotyczące ich pochodzenia.
Większość z około 5500 odkrytych do tej pory egzoplanet ma bardzo ciasną orbitę wokół swoich gwiazd, bliżej niż Merkury do naszego Słońca. Planety takie nazywamy bliskimi – powiedziała Rachel Fernandes z Penn State, liderka zespołu badawczego. Wiele z nich to gazowe podneptuny, rodzaj planet nieobecnych w naszym Układzie Słonecznym. Podczas gdy nasze gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz i Saturn, powstały dalej od Słońca, nie jest jasne, w jaki sposób tak wiele bliskich podneptunów zdołało przetrwać w pobliżu swoich gwiazd, gdzie są bombardowane przez intensywne promieniowanie gwiazdowe.
Aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają i ewoluują podneptuny, naukowcy zwrócili się ku planetom wokół młodych gwiazd, które dopiero niedawno stały się możliwe do obserwacji dzięki TESS.
Porównanie częstotliwości występowania egzoplanet o określonych rozmiarach wokół gwiazd w różnym wieku może nam wiele powiedzieć o procesach kształtujących powstawanie planet – powiedziała Fernandes. Jeśli planety często tworzą się w określonych rozmiarach i lokalizacjach, powinniśmy zaobserwować podobną częstotliwość występowania tych rozmiarów w różnych epokach. Jeśli tak nie jest, sugeruje to, że pewne procesy zmieniają te planety w czasie.
Obserwacja planet wokół młodych gwiazd jest jednak trudna. Młode gwiazdy emitują intensywne promieniowanie, szybko rotują i są bardzo aktywne, tworząc wysoki poziom szumu, który utrudnia obserwację planet wokół nich.
Młode gwiazdy w pierwszych miliardach lat swojego życia wpadają w złość, emitując tony promieniowania – wyjaśniła Fernandes. Te gwiezdne napady złości powodują dużo szumu w danych, więc spędziliśmy ostatnie sześć lat na opracowywaniu narzędzia obliczeniowego o nazwie Pterodactyls, aby przejrzeć ten szum i faktycznie wykryć młode planety w danych TESS.
Zespół naukowców wykorzystał Pterodactyls do oceny danych TESS i zidentyfikowania planet o okresach orbitalnych wynoszących 12 dni lub mniej - dla porównania, znacznie mniej niż 88-dniowa orbita Merkurego – w celu zbadania rozmiarów planet, a także tego, jak planety zostały ukształtowane przez promieniowanie z ich gwiazd macierzystych. Ponieważ okno badawcze zespołu wynosiło 27 dni, pozwoliło im to zobaczyć dwie pełne orbity potencjalnych planet. Skupili się na planetach o promieniu od 1,8 do 10 razy większym od Ziemi, co pozwoliło zespołowi sprawdzić, czy częstotliwość występowania podneptunów jest podobna lub inna w młodych układach w porównaniu ze starszymi układami obserwowanymi wcześniej za pomocą TESS i Kosmicznego Teleskopu Keplera.
Naukowcy odkryli, że częstotliwość występowania bliskich podneptunów zmienia się w czasie, przy czym mniej podneptunów występuje wokół gwiazd w wieku od 10 do 100 milionów lat w porównaniu do tych w wieku od 100 milionów do 1 miliarda lat. Częstotliwość występowania bliskich podneptunów jest jednak znacznie mniejsza w starszych, bardziej stabilnych układach.
Uważamy, że różne procesy kształtują wzorce, które obserwujemy w gwiazdach tej wielkości – powiedziała Fernandes. Możliwe, że wiele podneptunów pierwotnie uformowało się dalej od swoich gwiazd i z czasem powoli migrowało do wewnątrz, dlatego widzimy ich więcej w tym okresie orbitalnym w wieku pośrednim. W późniejszych latach możliwe jest, że planety częściej kurczą się, gdy promieniowanie z gwiazdy zasadniczo zdmuchuje ich atmosferę, w procesie zwanym utratą masy atmosferycznej, który może wyjaśniać niższą częstotliwość występowania podneptunów. Prawdopodobnie jest to jednak kombinacja procesów kosmicznych kształtujących te wzorce w czasie, a nie jedna dominująca siła.
Naukowcy potwierdzili, że chcieliby rozszerzyć swoje okno na obserwacje za pomocą TESS, aby obserwować planety o dłuższych okresach orbitalnych. Przyszłe misje, takie jak PLATO, mogą również umożliwić zespołowi badawczemu obserwację planet o mniejszych rozmiarach, podobnych do Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa. Rozszerzenie analizy na mniejsze i bardziej odległe planety może pomóc naukowcom udoskonalić ich narzędzia i dostarczyć dodatkowych informacji o tym, jak i gdzie tworzą się planety.
Ponadto, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może pozwolić na scharakteryzowanie gęstości i składu poszczególnych planet, co zdaniem Fernandes może dostarczyć dodatkowych wskazówek na temat tego, gdzie się one uformowały.
Połączenie badań pojedynczych planet z badaniami populacji, które przeprowadziliśmy tutaj, dałoby nam znacznie lepszy obraz formowania się planet wokół młodych gwiazd – powiedziała Fernandes. Im więcej układów słonecznych i planet odkrywamy, tym bardziej zdajemy sobie sprawę, że nasz Układ Słoneczny nie jest tak naprawdę szablonem; jest wyjątkiem. Przyszłe misje mogą umożliwić nam znalezienie mniejszych planet wokół młodych gwiazd i dać nam lepszy obraz tego, jak układy planetarne tworzą się i ewoluują z czasem, pomagając nam lepiej zrozumieć, jak powstał nasz Układ Słoneczny, jaki znamy dzisiaj.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
