Lodowa planeta na dziwnej orbicie sfotografowana przez teleskop Webba
Dzięki Teleskopowi Webba astronomowie po raz pierwszy bezpośrednio zobrazowali jedną z najzimniejszych planet gazowych w układzie planetarnym 14 Herculis, burząc dotychczasowe wyobrażenia o tym, jak mogą wyglądać planety krążące wokół gwiazd podobnych do Słońca.
 |
| Zdjęcie egzoplanety 14 Herculis c wykonane przez kamerę bliskiej podczerwieni. Symbol gwiazdy oznacza położenie gwiazdy macierzystej 14 Herculis, której światło zostało zablokowane przez koronograf NIRCam (pokazany tutaj jako ciemny okrąg obrysowany na biało). Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), D. Bardalez Gagliuffi (Amherst College) |
Układ planetarny opisywany przez badaczy jako niemowlęcy, chaotyczny i dziwny stał się bardziej widoczny dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba. Korzystając z kamery Webba NIRCam (Near-Infrared Camera), naukowcom udało się zobrazować jedną ze znanych planet otaczających gwiazdę 14 Herculis, znajdującą się 60 lat świetlnych od Ziemi w naszej własnej Galaktyce Drogi Mlecznej.
Egzoplaneta 14 Herculis c jest jedną z najzimniejszych, jakie do tej pory udało się zobrazować. Podczas gdy odkryto prawie 6000 egzoplanet, tylko niewielka ich liczba została bezpośrednio zaobserwowana, a większość z nich jest bardzo gorąca (setki, a nawet tysiące stopni Celsjusza). Nowe dane sugerują, że temperatura 14 Herculis c, której masa wynosi 7 mas Jowisza, wynosi -3o Celsjusza.
Wyniki badań zespołu dotyczące 14 Herculis c zostały zaakceptowane do publikacji w The Astrophysical Journal Letters.
Im zimniejsza egzoplaneta, tym trudniej ją zobrazować, więc jest to zupełnie nowy sposób badań, który Webb odkrył dzięki swojej wyjątkowej czułości w podczerwieni – powiedział William Balmer, współautor nowej pracy i doktorant na Uniwersytecie Johna Hopkinsa. Jesteśmy teraz w stanie dodać do katalogu nie tylko gorące, młode egzoplanety, ale także starsze egzoplanety, które są znacznie chłodniejsze niż te, które widzieliśmy bezpośrednio przed Webbem.
Obraz 14 Herculis c uzyskany przez Webba zapewnia również wgląd w układ planetarny niepodobny do większości innych badanych szczegółowo przez Webba i inne naziemne kosmiczne obserwatoria. Gwiazda centralna, 14 Herculis, jest niemal podobna do Słońca – ma podobny wiek i temperaturę do naszego Słońca, ale jest nieco mniej masywna i chłodniejsza.
W układzie tym znajdują się dwie planety – 14 Herculis b znajduje się bliżej gwiazdy i jest zasłonięta koronograficzną maską na zdjęciu Webba. Planety te nie krążą wokół gwiazdy macierzystej w tej samej płaszczyźnie, co nasz Układ Słoneczny. Zamiast tego przecinają się jak X, a gwiazda znajduje się w centrum. Oznacza to, że płaszczyzny orbity obu planet są nachylone względem siebie pod kątem około 40 stopni. Planety szarpią się i przyciągają do siebie, gdy krążą wokół gwiazdy.
To pierwszy raz, kiedy udało się zrobić zdjęcie egzoplanety w tak niewyrównanym układzie.
Naukowcy pracują nad kilkoma teoriami dotyczącymi tego, w jaki sposób planety w tym układzie tak bardzo zboczyły z toru. Jedna z wiodących koncepcji zakłada, że planety rozproszyły się po tym, jak trzecia planeta została gwałtownie wyrzucona z układu na wczesnym etapie jego formowania.
Wczesna ewolucja naszego własnego Układu Słonecznego była zdominowana przez ruch i przyciąganie naszych własnych gazowych olbrzymów – dodał Balmer. Wyrzucały one planetoidy i przestawiały inne planety. Tutaj widzimy następstwa bardziej brutalnego planetarnego miejsca zbrodni. Przypomina nam to, że coś podobnego mogło się wydarzyć w naszym własnym Układzie Słonecznym i że wyniki dla małych planet, takich jak Ziemia, są często dyktowane przez znacznie większe siły.
Zrozumienie charakterystyki planety dzięki Webbowi
Nowe dane Webba dostarczają naukowcom dalszych informacji na temat nie tylko temperatury 14 Herculis c, ale także innych szczegółów dotyczących orbity i atmosfery planety.
Odkrycia wskazują, że planety krążą około 2,2 miliarda kilometrów od gwiazdy macierzystej na wysoce eliptycznej orbicie, bliżej niż dotychczas szacowano. To około 15 razy dalej od Słońca niż Ziemia. Średnio plasuje to 14 Herculis c pomiędzy Saturnem a Uranem w naszym Układzie Słonecznym.
Jasność planety w zakresie 4,4 mikrona zmierzona za pomocą koronografu Webba, w połączeniu ze znaną masą planety i wiekiem układu, wskazuje na złożoną dynamikę atmosferyczną.
Jeśli planeta o określonej masie uformowała się 4 miliardy lat temu, a następnie ostygła z czasem, ponieważ nie ma źródła energii utrzymującego ją w cieple, możemy powiedzieć, jak gorąca powinna być dzisiaj – powiedziała Daniella C. Bardalez Gagliuffi z Amherst College, współautorka artykułu opublikowanego wspólnie z Balmerem. Dodatkowe informacje, takie jak postrzegana jasność w bezpośrednim obrazowaniu, teoretycznie potwierdziłyby oszacowania temperatury planety.
Jednak to, czego oczekują naukowcy, nie zawsze znajduje odzwierciedlenie w wynikach. W przypadku 14 Herculis c jasność na tej długości fali jest mniejsza niż oczekiwano dla obiektu o tej masie i wieku. Zespół badawczy potrafił jednak wyjaśnić tę rozbieżność. Jest to tak zwana chemia nierównowagi węglowej, coś często obserwowanego w brązowych karłach.
Ta egzoplaneta jest tak zimna, że najlepsze porównania, jakie mamy, to najzimniejsze brązowe karły - wyjaśniła Bardalez Gagliuffi. W tych obiektach, podobnie jak w przypadku 14 Herculis c, widzimy dwutlenek węgla i tlenek węgla istniejące w temperaturach, w których powinniśmy widzieć metan. Tłumaczy się to zawirowaniami w atmosferze. Cząsteczki wytwarzane w cieplejszych temperaturach w dolnej atmosferze są bardzo szybko przenoszone do zimnej, górnej atmosfery.
Naukowcy mają nadzieję, że zdjęcie 15 Herculis c wykonane przez Webba to dopiero początek nowej fazy badań tego dziwnego układu.
Podczas gdy niewielka kropka światła uzyskana przez Webba zawiera mnóstwo informacji, przyszłe badania spektroskopowe 14 Herculis mogą lepiej ograniczyć właściwości atmosferyczne tej interesującej planety i pomóc naukowcom zrozumieć dynamikę i ścieżki formowania się tego układu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
