Olbrzymie planety krążące wokół młodych gwiazd a procesy formowania planet

Credit: University of Cambridge

Badacze odkryli młodą gwiazdę z czterema planetami rozmiarów Jowisza i Saturna krążącymi wokół niej – to pierwszy przypadek odkrycia tak wielu masywnych planet w pobliżu tak młodej gwiazdy.  Ten konkretny układ planetarny bije także inny rekord – najbardziej ekstremalnego zestawu orbit dotąd obserwowanych: zewnętrzna planeta znajduje się ponad tysiąc razy dalej od swojej gwiazdy niż najbardziej wewnętrzna, co każe naukowcom zadać sobie pytania o to jak taki układ mógł w ogóle powstać.

Gwiazda ma zaledwie dwa miliony lat – w skali astronomicznej to istny noworodek – i jest otoczona przez rozległy dysk pyłu i lodu. Ów dysk, tak zwany dysk protoplanetarny, jest miejsce powstawania planet, księżyców, planetoid i innych ciał niebieskich.

Badana gwiazda już wcześniej była niesamowita – to pierwsza tak młoda gwiazda w pobliżu której znaleziono gorącego Jowisza – masywną planetę krążącą bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej. Choć gorącymi jowiszami były pierwsze odkryte planety pozasłoneczne, ich istnienie jest niesamowicie zagadkowe dla astronomów – wydawać by się mogło, że znajdują się one zbyt blisko swoich gwiazd macierzystych, aby mogły tamże powstać.

Teraz zespół badaczy z University of Cambridge wykorzystała obserwatorium ALMA do poszukiwania planetarnych bliźniaczek tego młodego gorącego jowisza. Wykonane przez nich zdjęcie przedstawia trzy wyraźne przerwy w dysku, które według modeli teoretycznych, najprawdopodobniej zostały wycięte przez trzy dodatkowe gazowe olbrzymy także krążące wokół gwiazdy. Wyniki obserwacji opublikowano w periodyku Astrophysical Journal Letters.

Badana gwiazda, CI Tau znajduje się 500 lat świetlnych od nas w bardzo wydajnym żłobku galaktyki. Jej cztery planety znacząco różnią się od siebie orbitami: najbliższa – gorący jowisz – znajduje się w odległości zbliżonej do orbity Merkurego, podczas gdy najdalsza znajduje się trzy razy dalej niż orbita Neptuna. Dwie zewnętrzne planety charakteryzują się masą podobną do masy Saturna, podczas gdy dwie wewnętrzne są odpowiednio 1 i 10 razy masywniejsze od Jowisza.

Odkrycie to stawia przed astronomami wiele pytań. Około 1% wszystkich gwiazd posiada gorące jowisze, ale większość znanych gorących jowiszów jest setki razy starsza od CI Tau. “Aktualnie nie możemy powiedzieć czy ekstremalna architektura planetarna obserwowana w CI Tau jest powszechna w układach z gorącymi jowiszami, z uwagi na sposób w jaki te planety zostały odkryte – poprzez ich wpływ na dysk prtoplanetarny – który nie zadziała w przypadku starszych układów nie posiadających już dysków protoplanetarnych” mówi prof. Cathie Clarke z Cambridge, pierwsza autorka opracowania.

Według badaczy nie wiadomo także czy towarzyszące jej planety odegrały rolę w doprowadzeniu najbardziej wewnętrznej planety na jej ultra-bliską orbitę, oraz czy jest to mechanizm, który zazwyczaj prowadzi do powstania gorących jowiszów. Inną kwestią pozostaje tajemnica tego jak powstały obie zewnętrzne planety.

“Modele formowania planet skupiają się na próbach odtwarzania typów planet już zaobserwowanych, tak więc nowo odkryte planety niekoniecznie będą pasowały do modeli” mówi Clarke. “Planety o masie Saturna powinny powstawać najpierw akumulując skaliste jądro, a następnie otaczając je warstwą gazu, ale procesy te uważa się za bardzo powolne w dużych odległościach od gwiazdy. Większość modeli ma problemy z wytworzeniem planet o tej masie w takiej odległości”.

Kolejnym zadaniem będzie zbadanie tego zagadkowego układu w różnych pasmach promieniowania w celu wyciągnięcia większej ilości wskazówek o właściwościach tego dysku i jego planet.

Źródło: University of Cambridge