Skalista czy gazowa? Astronomowie odkrywają tajemnice superziem

Wizja artystyczna przedstawiająca kład planetarny z trzema superziemiami. Źródło: ESO

Oddalona od nas o około 100 lat świetlnych w kierunku gwiazdozbioru Ryb, gwiazda GJ 9827 okrążana jest przez jedną z najmasywniejszych i najgęstszych dotąd odkrytych superziem – wskazują najnowsze badania prowadzone przez Johannę Teske z Carnegie Institution for Science. Nowe informacje dostarczają dowodów, które pomogą astronomom lepiej zrozumieć procesy powstawania takich planet.

Wokół GJ 9827 krążą trzy planety odkryte za pomocą teleskopu Kepler realizującego misję poszukiwania egzoplanet. Co więcej wszystkie trzy planety są nieznacznie większe od Ziemi. Planety te zatem charakteryzują się rozmiarami, które na podstawie badań realizowanych za pomocą Keplera uznano za najpowszechniejsze w galaktyce.

Co ciekawe, ani jedna planeta tych rozmiarów nie istnieje w naszym własnym układzie planetarnym. Stąd też szczególne zainteresowanie astronomów procesami, które odpowiadają za formowanie się i ewolucję takich planet.

Jednym z istotnych kroków na drodze do zrozumienia historii planety jest określenie jej składu chemicznego. Czy te superziemie są planetami skalistymi takimi jak Ziemia? Czy też mają stałe jądra otoczone rozległymi, gazowymi atmosferami?

Aby spróbować zrozumieć z czego zbudowana jest egzoplaneta, naukowcy muszą zmierzyć zarówno jej masę jak i jej promieć – dopiero wtedy możliwe jest określenie jej gęstości.

Zliczając planety w ten sposób naukowcy zauważyli pewien trend. Okazuje się, że planety o promieniu większym niż około 1,7 promienia Ziemi mają gazowe otoczki przypominające tą otaczającą Neptuna, a planety mniejsze od nic to planety skaliste przypominające Ziemię.

Niektórzy badacze podejrzewają, że za te różnice odpowiada fotoparowanie, które odziera planetę z otaczającej jej otoczki związków lotnych takich jak woda czy dwutlenek węgla, charakteryzujących się niską temperaturą wrzenia – przez co powstają planety o mniejszym promieniu. Jednak wciąż potrzeba więcej informacji, aby porządnie przetestować tę teorię.

To właśnie dlatego trzy planety GH 9827 są szczególne – z promieniami 1,64 (planeta b), 1,29 (planeta c) i 2,08 (planeta d) zajmują one ten obszar pośredni między superziemiami (skalistymi) i podneptunami (gazowymi).

Na szczęście zespoły naukowców z Carnegie monitorują GJ 9827za pomocą swojego spektrografu PFS (Planet Finding Spectrograph), dzięki czemu byli w stanie nałożyć ograniczenia na masy tych trzech planet.

„Zazwyczaj po odkryciu tranzytującej planety, trzeba miesięcy jeżeli nie roku, aby zebrać wystarczająco dużo informacji, aby móc zmierzyć jej masę” mówi Teske. „Ponieważ GJ 9827 jest jasną gwiazdą, okazało się, że mamy ją w katalogu gwiazd, które astronomowie z Carnegie monitorują od 2010 roku”.

Spektrograf został opracowany przez naukowców z Carnegie i zainstalowany na teleskopach Magellan Clay Telescopes w Obserwatorium Las Campanas.

Obserwacje za pomocą PFS wskazują, że planeta b ma mniej więcej ośmiokrotnie większą masę od Ziemi, dzięki czemu jest jedną z najmasywniejszych i najgęstszych superziem dotąd odkrytych. Masy planety c i d szacowane są na 2,5 oraz 4 masy Ziemi, aczkolwiek tutaj niepewność jest wciąż dosyć duża.

Dane te wskazują, że planeta d ma rozległą otoczkę gazową, a planeta c znajduje się gdzieś na pograniczu między planetami gazowymi a skalistymi. Lepsze ograniczenie na masę planety b wskazuje, że w około 50 procent składa się z żelaza.

„Konieczne są dalsze obserwacje, aby móc precyzyjnie zbadać skład chemiczny tych trzech planet” mówi Wang. „Jednak wydają się one jednymi z najlepszych kandydatek do testowania naszej wiedzy o formowaniu i ewolucji superziem”.

Źródło: Carnegie Institution for Science.