Młoda planeta zbyt blisko swojej gwiazdy macierzystej

Wizja artystyczna przedstawiająca olbrzymią planetę PTFO8-8695 b, która krąży wokół młodej gwiazdy w Gwiazdozbiorze Oriona. Grawitacja nowej gwiazdy wydaje się odrywać zewnętrzne warstwy planety. Źródło: A. Passwaters/Rice University
Wizja artystyczna przedstawiająca olbrzymią planetę PTFO8-8695 b, która krąży wokół młodej gwiazdy w Gwiazdozbiorze Oriona. Grawitacja nowej gwiazdy wydaje się odrywać zewnętrzne warstwy planety. Źródło: A. Passwaters/Rice University

Astronomowie poszukujący najmłodszych planet w naszej galaktyce odkryli przekonujące dowody na istnienie planety znacznie różniącej się od innych – młodego „gorącego jowisza”, którego zewnętrzne warstwy są zrywane przez gwiazdę, wokół której krąży z okresem równym 11 godzin.

„Kilka znanych planet znajduje się na podobnych ciasnych orbitach, lecz z uwagi na fakt, że ta gwiazda ma zaledwie 2 miliony lat, jest to jeden z najbardziej ekstremalnych przypadków,” mówi Christopher Johns-Krull, astronom z Rice University, oraz główny autor artykułu opisującego gazowego olbrzyma na ciasnej orbicie wokół gwiazdy PTFO8-8695 w Gwiazdozbiorze Oriona. Artykuł zostanie opublikowany w periodyku Astrophysical Journal.

Gwiazdozbiór Oriona widziany nad 4-metrowym teleskopem Mayall w Obserwatorium Kitt Pick. Źródło: J. Glaspey/NOAO/AURA/NSF
Gwiazdozbiór Oriona widziany nad 4-metrowym teleskopem Mayall w Obserwatorium Kitt Pick. Źródło: J. Glaspey/NOAO/AURA/NSF

„Nie mamy jeszcze ostatecznego dowodu na to, że jest to planeta, ponieważ nie wykonaliśmy jeszcze dokładnych pomiarów jej masy, jednak nasze obserwacje pozwalają z dużą dozą pewności założyć, że to rzeczywiście jest planeta,” mówi Johns-Krull. „Porównaliśmy nasze dowody z każdym innym scenariuszem i wszystko wskazuje na to, że udało nam się zaobserwować jedną z jak dotąd najmłodszych obserwowanych planet w historii.”

Nazwana PTFO8-8695 b, potencjalna planeta krąży wokół gwiazdy znajdującej się około 1100 lat świetlnych od Ziemi i ma maksymalnie masę dwóch Jowiszów. Zespół, który analizował dane, był kierowany przez Johns-Krulla oraz Lisę Prato, astronomkę z Obserwatorium Lowella.

„Nie znamy ostatecznego losu tej planety,” mówi Johns-Krull. „Najprawdopodobniej powstała dalej od gwiazdy, a następnie przemieściła się w miejsce, w którym jest stopniowo niszczona. Znamy planety krążące po ciasnych ale stabilnych orbitach wokół gwiazd w średnim wieku. W tym przypadku nie wiem jak szybko ta młoda planeta będzie tracić masę i czy czasem nie straci jej za dużo, aby przetrwać.”

Astronomowie wykorzystywali Teleskop Harlana J. Smitha w Obserwatorium McDonalda w pobliżu Fort Davis w Teksasie do poszukiwań planety PTFO8-8695. Źródło: Ethan Tweedie Photography
Astronomowie wykorzystywali Teleskop Harlana J. Smitha w Obserwatorium McDonalda w pobliżu Fort Davis w Teksasie do poszukiwań planety PTFO8-8695. Źródło: Ethan Tweedie Photography

Astronomowie odkryli już ponad 3300 egzoplanet, lecz prawie wszystkie z nich krążą wokół gwiazd w średnim wieku, takich jak Słońce. 26 maja Johns-Krull, Prato  i inni współautorzy ogłosili odkrycie Cl Tau b – pierwszej egzoplanety krążącej wokół gwiazdy na tyle młodej, że wciąż wokół niej znajduje się wokółgwiezdny dysk gazowy. Johns-Krull zaznaczył, że odkrycie tak młodych planet jest dużym wyzwaniem ponieważ istnieje stosunkowo mało gwiazd tak młodych i jednocześnie wystarczająco jasnych, aby można je było obserwować za pomocą obecnych teleskopów w wystarczających szczegółach. Co więcej poszukiwania planet wokół młodych gwiazd utrudnione są także ze względu na aktywność młodych gwiazd, która prowadzi do rozbłysków, pociemnień, powstawania silnych pól magnetycznych czy olbrzymich plam na powierzchni gwiazdy.

PTFO8-8695 b została zidentyfikowana jako potencjalna planeta w 2012 roku w ramach przeglądu Oriona za pomocą Palomar Transit Factory. Orbita planety sprawia, że okresowo przechodzi ona między gwiazdą i Ziemią, przesłaniając część tarczy gwiazdy – dzięki temu astronomowie mogą wykorzystać technikę poszukiwania planet na podstawie tranzytu do określenia obecności planety i oszacowania jej promienia.

„W 2012 roku nie mieliśmy twardych dowodów na obecność planet wokół gwiazd w wieku 2 milionów lat,” mówi Prato. „Krzywe jasności i zmienność tej gwiazdy wymagały specjalnej techniki do potwierdzenia obecności planety krążącej wokół niej.  Co więcej, 11-godzinny okres orbitalny sprawiał, że nie musieliśmy wracać każdej nocy, rok po roku. Praktycznie w ciągu nocy byliśmy w stanie zaobserwować planetę. Więc właśnie to robiliśmy. Obserwowaliśmy gwiazdę przez całą noc.”

Analiza widmowa promieniowania pochodzącego z gwiazdy ujawniła nadwyżkę emisji w linii H-alfa. Zespół odkrył, że promieniowanie w H-alfa emitowane jest w dwóch komponentach – jeden z nich pasuje do niewielkiego tempa rotacji samej gwiazdy, a drugi wydaje się pochodzić od źródła, które krąży wokół niej.

Hojn-Krull mówi, że obserwacje tranzytu wskazują, że planeta ma rozmiary 3-4% rozmiaru gwiazdy, jednak emisja w H-alfa pochodząca od planety jest niemal równie jasna co emisja w H-alfa pochodząca od gwiazdy.

„Nie ma możliwości, aby cokolwiek związanego z powierzchnią planety, mogło prowadzić do tych wyników,” mówi Johns-Krull. „Gaz musi wypełniać dużo większy obszar – na tyle duży, że grawitacja planety nie byłaby w stanie już go utrzymywać. W takiej odległości głównym czynnikiem działającym na gaz jest grawitacja gwiazdy i gaz z czasem opadnie na gwiazdę.”

Zespół wielokrotnie obserwował PTFO8-8695 z Obserwatorium McDonald w pobliżu Fort Davis w Teksasie oraz z Obserwatorium Kitt Peak w Arizonie.

Źródło: Rice University