Szafiry i rubiny na niebie

Ilustracja przedstawiająca jedną z egzotycznych superziem – 55 Cnc e, bogatą w szafiry i rubiny, połyskującą błękitem i czerwienią. Źródło: Thibaut Roger

Badacze z uniwersytetów w Zurychu oraz Cambridge odkryli nową, egzotyczną klasę planet poza Układem Słonecznym. Te tak zwane superziemie powstały w wysokich temperaturach blisko swoich gwiazd macierzystych i zawierają duże ilości wapnia, glinu i ich tlenków – łącznie z szafirami i rubinami.

Dwadzieścia jeden lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Kasjopei, jedna z planet okrąża swoją gwiazdę macierzystą w ciągu zaledwie trzech dni. Jej nazwa to HD219134b. To tak zwana superziemia o masie prawie pięciu mas Ziemi. Jednak w przeciwieństwie do Ziemi, prawie na pewno nie ma masywnego żelaznego jądra, ale jest bogata w wapń i glin.

“Być może połyskuje czerwienią i błękitem niczym rubiny i szafiry, ponieważ te kamienie szlachetne to tlenki glinu, które powszechnie występują na tej planecie” mówi Caroline Dorn, astrofizyczka z Instytutu Nauk Obliczeniowych na Uniwersytecie w Zurychu. HD219134b jest jedną z trzech kandydatek należących do nowej, egzotycznej klasy egzoplanet – donosi Caroline Dorn i jej współpracownicy w najnowszym artykule opublikowanym w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Badacze analizują procesy powstawania planet wykorzystując do tego modele teoretyczne i porównując ich wyniki z danymi obserwacyjnymi. Wiadomo, że w trakcie powstawania, gwiazdy takie jak Słońce były otoczone przez dysk gazu i pyłu, w którym stopniowo pojawiały się planety. Skaliste planety takie jak Ziemia powstawały z stałych ciał pozostałych po tym jak w przestrzeń kosmiczną wywiany został gaz z dysku protoplanetarnego. Te obiekty składowe skondensowały się z gazu mgławicy gdy dysk gazu i pyłu wystarczająco się ochłodził” mówi Dorn, związana z NCCR PlanetS. Powstałe w ten sposób planety mają skład podobny do Ziemi oraz żelazne jądro. Większość jak dotąd znanych superziem powstało właśnie w takich rejonach.

ALE…

Mamy do czynienia też z regionami znacznie bliżej gwiazdy, gdzie jest dużo goręcej. “To tam, wiele pierwiastków wciąż występuje w stanie gazowym, a składniki planet mają zupełnie inny skład chemiczny” mówi astrofizyczka.

Dzięki swoim modelom, zespół badawczy obliczył jak powinny wyglądać planety powstałe w tak gorących rejonach przestrzeni. Wynik? Wapń oraz glin są głównymi ich składnikami obok magnezu i krzemu, i praktycznie nie ma tam żadnego żelaza. “To dlatego takie planety nie mogą, na przykład, posiadać pola magnetycznego jak Ziemia” mówi Dorn. A ponieważ wewnętrzna budowa takich planet jest tak różna od Ziemi, ich zachowanie oraz atmosfery także będą się różniły od tych spotykanych na normalnych superziemiach. Badacze zatem mówią o nowej, egzotycznej klasie superziemi powstałych z kondensatów w wysokiej temperaturze.

“Najbardziej ekscytujące jest to, że te obiekty są całkowicie inne niż większość planet podobnych do Ziemi” mówi Dorn “jeżeli faktycznie istnieją”. Prawdopodobieństwo tego według badaczy jest wysokie. “W naszych obliczeniach odkryliśmy, że te planety mają 10 do 20 procent niższą gęstość od Ziemi”.

Pozostałe egzoplanety o równie niskiej gęstości były także analizowane przez ten sam zespół badawczy. “Przyglądaliśmy się różnym scenariuszom, które mogłyby tłumaczyć obserwowane gęstości” mówi Dorn. Dla przykładu, gęsta atmosfera może prowadzić do niższej całkowitej gęstości. Jednak dwie zbadane egzoplanety: 55 Cancri e oraz WASP-47 e, krążą tak blisko swoich gwiazd, że temperatury ich powierzchni sięgają 3000 stopni i już dawno temu musiały utracić swoje otoczki gazowe.

“Na HD219134b jest chłodniej, a sytuacja jest bardziej skomplikowana” tłumaczy Dorn. Na pierwszy rzut oka, niższą gęstość można także wytłumaczyć głębokimi oceanami. Ale druga z planet krążąca nieco dalej od swojej gwiazdy sprawia, że ten scenariusz jest mało prawdopodobny. Porównanie obu obiektów wskazuje, że wewnętrzna planeta nie może zawierać więcej wody lub gazu niż zewnętrzna. Wciąż nie jest jasne czy oceany magmy mogą przyczyniać się do niższej gęstości.

“Odkryliśmy zatem trzy kandydatki, które mogą należeć do nowej klasy superziem o egzotycznym składzie chemicznym” mówi Dorn. Badacze także aktualizują wcześniejszy obraz superziemi 55 Cancri e, która w 2012 roku pojawiała się na okładkach wszystkich gazet jako diament na niebie. Badacze zakładali wcześniej, że planeta składa się w dużej mierze z węgla, ale po dalszych obserwacjach musieli zarzucić tę teorię. “Zmieniamy potencjalną diamentową planetę w szafirową” śmieje się Dorn.

Źródło: University of Zurich

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1093/mnras/sty3435

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.