Astronomowie odkrywają planetę gorętszą od większości gwiazd

Wizja artystyczna przedstawiająca gwiazdę KELT-9 i jej wyjątkowo gorącą planetę KELT-9b. Źródło: Robert Hurt/NASA-JPL-Caltech

Wyobraź sobie planetę podobną do Jowisza okrążającą swoją gwiazdę macierzystą w zaledwie 1.5 dnia, podgrzaną do temperatur wyższych od tych, które charakteryzują większość gwiazd i ciągnącą za sobą świecący ogon gazowy niczym kometa.

Właśnie taki obiekt znaleźli naukowcy z uniwersytetów Ohio State i Vanderbilt na orbicie wokół masywnej gwiazdy KELT-9 oddalonej od nas o 650 lat w kierunku gwiazdozbioru Łabędzia.

Odkrycie zostało opisane w tym tygodniu w artykule A giant planet undergoing extreme-ultraviolet irradiation by its hot massive-start host i przedstawione w prezentacji podczas wiosennego spotkania American Astronomical Society w Austin w Teksasie.

Przy temperaturach dochodzących do 4600K po stronie dziennej, nowo odkryta egzoplaneta oznaczona KELT-9b jest gorętsza od większości gwiazd i tylko 1200K chłodniejsza od Słońca. W rzeczywistości, promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez gwiazdę, którą planeta okrąża, jest na tyle brutalne, że planeta może dosłownie odparowywać pod wpływem intensywnego światła, co może tłumaczyć gazowy ogon.

Rozpalona planeta posiada także inne nietypowe cechy. Jest to gazowy olbrzym o masie 2,8 razy większej od Jowisza choć o dwa razy niższej gęstości – dzieje się tak ponieważ promieniowanie emitowane przez gwiazdę macierzystą niesamowicie rozdęło atmosferę planety.

Ponieważ planeta jest pływowo związana z gwiazdą – tak jak Księżyc z Ziemią – dzienna strona planety jest bezustannie bombardowana promieniowaniem gwiazdy i jest na tyle gorąca, że nie mogą w nie powstawać cząsteczki chociażby wody, dwutlenku węgla czy metanu.

To planeta według każdej typowej definicji opierającej się na masie, jednak jej atmosfera z pewnością nie przypomina żadnej z jaką dotychczas mieliśmy do czynienia – właśnie przez niesamowitą temperaturę panującą po dziennej stronie –  mówi Scott Gaudi, profesor astronomii z Ohio State University i jeden z głównych autorów opracowania.

Powodem tak wysokiej temperatury jest fakt, że gwiazda okrążana przez planetę jest niemal dwa razy większa i niemal dwa razy gorętsza od Słońca. KELT-9 emituje tak dużo promieniowania ultrafioletowego, że może doprowadzić do całkowitego odparowania planety. Natomiast jeżeli gazowe olbrzymy takie jak KELT-9b posiadają stałe jądra, na co wskazują niektóre teorie, to planeta może całkowicie utracić swoją gazową otoczkę i pozostać stałym jądrem jak Merkury –  mówi Keivan Stassun, profesor fizyki i astronomii na Vanderbilt.

Z drugiej strony, orbita planety przebiega ekstremalnie blisko gwiazdy, zatem jeżeli gwiazda zacznie się powiększać, po prostu pochłonie planetę. KELT-9 zwiększy swoje rozmiary w fazie czerwonego olbrzyma, w którą wejdzie za jakiś miliard lat – mówi Stassun.

Choć Stassun i Gaudi spędzili mnóstwo czasu na opracowywaniu misji takich jak chociażby Transiting Exoplanet Survey Satellite zaprojektowanych do poszukiwania planet sprzyjających powstaniu życia, naukowcy podkreślają, że są także istotne powody, dla których warto badać planety zupełnie nieprzyjazne dla życia.

Społeczność astronomiczna wyraźnie skupiona jest na poszukiwaniu planet podobnych do Ziemi i krążących wokół małych, chłodnych gwiazd takich jak nasze Słońce. To stosunkowo łatwe cele badań i naprawdę jeszcze dużo możemy się dowiedzieć o planetach potencjalnie przyjaznych dla życia krążących wokół małych gwiazd. Z drugiej strony, ponieważ gwiazda macierzysta KELT-9b jest większa i gorętsza od Słońca, niejako wypełnia ona luki w naszej wiedzy o tym w jaki sposób powstają układy planetarne wokół gorących, masywnych gwiazd – mówi Gaudi.

Stassun dodaje: Skoro staramy się stworzyć kompletny obraz rożnorodności planet we Wszechświecie, ważne jest także aby wiedzieć nie tylko jak powstają i ewoluują planety, ale też jak i kiedy ulegają one zniszczeniu.

Mieliśmy dużo szczęścia, że udało nam się zauważyć planetę gdy jej orbita przecina tarczę gwiazdy –  mówi współautorka artykułu Karen Collins z Vanderbilt. Z uwagi na ekstremalnie krótki okres orbitalny, niemal biegunową orbitę i fakt że gwiazda macierzysta jest spłaszczona, a nie sferyczna, obliczyliśmy że precesja orbity sprawi, że planeta zniknie z naszego pola widzenia za jakieś 150 lat i pojawi się dopiero za jakieś 3500 lat.

W 2014 roku astronomowie dostrzegli egzoplanetę wykorzystując do tego jeden z dwóch teleskopów specjalnie zaprojektowanych do wykrywania planet krążących wokół jasnych gwiazd. Instrumenty te zwane KELT (Kilodegree Extremely Little Telescope) wypełniają dużą lukę w dostępnych technologiach poszukiwania planet pozasłonecznych. Wykorzystują one dostępne powszechnie technologie zapewniając tym samym nisko-kosztowe instrumenty do poszukiwania planet. Podczas gdy tradycyjne teleskopy astronomiczne kosztują miliony dolarów, sprzęt do teleskopu KELT mieści się w kosztach rzędu 75 000 dolarów. Gdy inne teleskopy zaprojektowane są do badania bardzo słabych gwiazd w niewielkich wycinkach nieba przy dużej rozdzielczości, KELT obserwuje miliony bardzo jasnych gwiazd jednocześnie i to na znacznym wycinku nieba.

Nasze odkrycie dowodzi, że nawet ‚ekstremalnie małe’ teleskopy mogą odegrać swoją rolę w odkryciu – komentuje James Neff, dyrektor programu astronomicznego w National Science Foundation.

Korzystając z teleskopu KELT-North w Obserwatorium Winer w Arizonie, astronomowie spostrzegli niewielki spadek jasności gwiazdy – rzędu ok. 0.5% – który wskazywał na możliwą obecność planety na tle tarczy gwiazdy. Jasność spadała regularnie co 1,5 dnia, co oznacza, że dokładnie w takim czasie planeta okrąża swoją gwiazdę. Dalsze obserwacje potwierdziły, że ów sygnał wywołany został przez tranzytującą planetę, a astronomowie określili, że musi to być tzw. gorący Jowisz.

  • Łukasz Jankowski

    A czy jest już jakieś wyjaśnienie na to skąd biorą się wszystkie gorące jowisze? Z tego co mi wiadomo nie powstają w miejscu, w którym się obecnie znajdują. Napisał byś coś więcej na ten temat, albo podrzucił materiały, jeżeli są jakieś sensowne wyjaśnienia?