Odkrycie olbrzymiej planety krążącej wokół małej gwiazdy podważa teorie dotyczące powstawania planet
Zespół astronomów odkrył najmniejszą znaną gwiazdę, wokół której krąży olbrzymia planeta, która nie powinna istnieć zgodnie z wiodącymi teoriami powstawania planet.
 |
| Wizja artystyczna egzoplanety TOI-6894b krążącej wokół gwiazdy TOI-6894. Źródło: University of Warwick/Mark Garlick |
Nieoczekiwana planeta
Gwiazda TOI-6894, podobnie jak wiele innych w naszej Galaktyce, jest małym czerwonym karłem o masie stanowiącej zaledwie ~20% masy naszego Słońca. Podobnie jak w przypadku wielu małych gwiazd, nie oczekuje się, że zapewnia ona odpowiednie warunki do formowania się i goszczenia dużej planety.
Jednakże, jak pokazuje artykuł opublikowany w Nature Astronomy, globalna współpraca astronomów, w tym partnerów z Chile, USA i Europy, znalazła wyraźną sygnaturę olbrzymiej planety o nazwie TOI-6849b, krążącą wokół tej małej gwiazdy.
Układ ten został odkryty w ramach zakrojonego na szeroką skalę badania danych z satelity TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), poszukującego olbrzymich planet wokół gwiazd o niskiej masie, prowadzonego przez dr. Edwarda Bryanta, który ukończył tę pracę na Uniwersytecie w Warwick i w Mullard Space Science Laboratory UCL.
Dr Bryant powiedział: Byłem bardzo podekscytowany tym odkryciem. Pierwotnie przeszukałem obserwacje TESS ponad 91 000 małomasywnych czerwonych karłów w poszukiwaniu planet olbrzymów.
Następnie, korzystając z obserwacji wykonanych za pomocą jednego z największych teleskopów na świecie, VLT, odkryłem TOI6894b, olbrzymią planetę tranzytującą gwiazdę o najniższej znanej dotychczas masie, która może gościć taką planetę. Nie spodziewaliśmy się, że planety takie jak TOI-6894b mogą formować się wokół gwiazd o tak niskiej masie. Odkrycie to będzie kamieniem węgielnym dla zrozumienia ekstremów formowania się planet olbrzymów.
Planeta (TOI-6894b) jest gazowym olbrzymem o niskiej gęstości i promieniu nieco większym od Saturna, ale o masie wynoszącej zaledwie ~50% masy Saturna. Gwiazda (TOI-6894) jest gwiazdą o najmniejszej masie, wokół której odkryto planetę olbrzymią i ma zaledwie 60% wielkości następnej najmniejszej gwiazdy, która ma taką planetę.
Dr Daniel Bayliss, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Warwick, powiedział: Większość gwiazd w naszej Galaktyce to w rzeczywistości małe gwiazdy dokładnie takie jak ta, o niskich masach, o których wcześniej sądzono, że nie są w stanie posiadać gazowych olbrzymów. Tak więc fakt, że ta gwiazda jest gospodarzem olbrzyma ma duży wpływ na całkowitą liczbę planet olbrzymów, które według naszych szacunków istnieją w naszej Galaktyce.
Wyzwanie dla wiodącej teorii
Dr Vincent Van Eylen z Mullard Space Science Laboratory na UCL powiedział: To intrygujące odkrycie. Tak naprawdę nie rozumiemy, w jaki sposób gwiazda o tak małej masie może uformować tak masywną planetę! Jest to jeden z celów poszukiwania kolejnych egzoplanet. Znajdując układy planetarne różniące się od naszego Układu Słonecznego, możemy przetestować nasze modele i lepiej zrozumieć, jak uformował się nasz własny Układ Słoneczny.
Najbardziej rozpowszechnioną teorią powstawania planet jest teoria akrecji jądra. Jądro planety formuje się najpierw poprzez akrecję (stopniowe gromadzenie się materii), a gdy jądro staje się coraz bardziej masywne, ostatecznie przyciąga gazy, które tworzą atmosferę. Następnie staje się ono na tyle masywne, by rozpocząć proces niekontrolowanej akrecji gazu i stać się gazowym olbrzymem.
Zgodnie z tą teorią, formowanie gazowych olbrzymów jest trudniejsze wokół gwiazd o niskiej masie, ponieważ ilość gazu i pyłu w dysku protoplanetarnym wokół gwiazdy (surowiec do formowania planet) jest zbyt ograniczona, aby umożliwić uformowanie się wystarczająco masywnego jądra i wystąpienie procesu niekontrolowanego rozprzestrzeniania się planety.
Jednak istnienie TOI-6894b (olbrzymiej gwiazdy krążącej wokół gwiazdy o wyjątkowo niskiej masie) sugeruje, że model ten nie może być całkowicie dokładny i potrzebne są alternatywne teorie.
Dr Bryant dodał: Biorąc pod uwagę masę planety, TOI-6894b mogła powstać w pośrednim procesie akrecji jądra, w którym protoplaneta formuje się i stale gromadzi gaz, a jej jądro nie staje się wystarczająco masywne, aby nastąpiła niekontrolowana akrecja gazu.
Alternatywnie, mogła powstać z powodu niestabilnego grawitacyjnie dysku. W niektórych przypadkach dysk otaczający gwiazdę staje się niestabilny z powodu siły grawitacyjnej, jaką wywiera na siebie. Takie dyski mogą następnie ulec fragmentacji, a gaz i pył zapadają się, tworząc planetę.
Zespół odkrył jednak, że żadna z tych teorii nie może w pełni wyjaśnić powstania TOI-6894b na podstawie dostępnych danych, co sprawia, że pochodzenie tej olbrzymiej planety pozostaje na razie kwestią otwartą.
Atmosferyczne odpowiedzi
Jedną z dróg do wyjaśnienia tajemnicy formowania się TOI-6894b jest szczegółowa analiza atmosfery. Mierząc dystrybucję materii wewnątrz planety, astronomowie mogą określić rozmiar i strukturę planety, co może nam powiedzieć, czy TOI-6894b uformowała się poprzez akrecję, czy przez niestabilny dysk.
Nie jest to jedyna interesująca cecha atmosfery TOI-6894b; jest ona niezwykle zimna jak na gazowego olbrzyma. Większość gazowych olbrzymów znalezionych przez łowców egzoplanet to gorące jowisze, masywne gazowe olbrzymy o temperaturach ~1000-2000 Kelwinów. Dla porównania, temperatura TOI-6894b wynosi zaledwie 420 Kelwinów. Niska temperatura w połączeniu z innymi właściwościami tej planety, takimi jak bardzo głębokie tranzyty, czyni ją jedną z najbardziej obiecujących planet olbrzymów, które astronomowie mogą scharakteryzować za pomocą chłodnej atmosfery.
Profesor Amaury Triaud z Uniwersytetu w Birmingham, współautor i członek współpracy SPECULOOS, powiedział: Na podstawie promieniowania gwiazdowego TOI-6894b spodziewamy się, że atmosfera jest zdominowana przez chemię metanu, który jest bardzo rzadki do zidentyfikowania. Temperatury są na tyle niskie, że obserwacje atmosferyczne mogą nawet pokazać nam amoniak, co byłoby pierwszym przypadkiem znalezienia go w atmosferze egzoplanety.
TOI-6894b prawdopodobnie stanowi wzorcową egzoplanetę do badania atmosfer zdominowanych przez metan i najlepsze »laboratorium« do badania atmosfer planetarnych zawierających węgiel, azot i tlen poza Układem Słonecznym.
Atmosfera TOI-6894b ma być już obserwowana przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba w ciągu najbliższych 12 miesięcy. Powinno to pozwolić astronomom określić, która z możliwych teorii może wyjaśnić powstanie tej nieoczekiwanej planety.
Współautor dr Andrés Jordán, badacz z Millennium Institute of Astrophysics i profesor na Uniwersytecie Adolfo Ibáñeza, powiedział: Układ ten stanowi nowe wyzwanie dla modeli formowania się planet i oferuje bardzo interesujący cel dla obserwacji uzupełniających w celu scharakteryzowania jego atmosfery.
Odkrycie to jest wynikiem systematycznego programu, który prowadzimy od kilku lat z Chile i Wielkiej Brytanii. Nasze wysiłki pozwoliły nam w znacznym stopniu przyczynić się do lepszego zrozumienia, jak często małe gwiazdy mogą tworzyć olbrzymie planety, a my zapewniamy główne cele do dalszych badań za pomocą platform kosmicznych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
