PULS KOSMOSU

Astronomowie zbadali odległy układ planetarny, w którym tranzytująca planeta regularnie przecina ciemniejsze obszary na powierzchni gwiazdy. To rzadkie zjawisko daje niepowtarzalną okazję, by jednocześnie poznać właściwości samej planety, układ jej orbity oraz aktywność magnetyczną gwiazdy.

Międzynarodowy zespół kierowany przez badaczy z Astrobiology Center w Tokio skupił się na czerwonym karle TOI-3884, oddalonym o około 140 lat świetlnych, i jego planecie TOI-3884b. Wyniki opublikowane w The Astronomical Journal pokazują, że choć plamy gwiazdowe potrafią utrudniać analizę tranzytów, mogą też stać się cennym narzędziem do badania ewolucji i dynamiki całych układów planetarnych.

Nowa era badań atmosfer planet

Dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba (JWST) naukowcy mogą dziś niezwykle precyzyjnie badać atmosfery egzoplanet. Analizy opierają się na pomiarach spadku jasności gwiazdy podczas tranzytu planety. Porównując głębokość tranzytu w różnych długościach fal, można wykrywać obecność konkretnych atomów i cząsteczek. JWST pozwala już mierzyć różnice rzędu zaledwie 0,01 procenta. Tak wysoka czułość sprawia jednak, że zjawiska wcześniej ukryte w „szumie pomiarowym”, jak choćby wpływ plam gwiazdowych, trzeba uwzględniać znacznie dokładniej. W przeciwnym razie mogą one zafałszować wyniki lub całkowicie ukryć sygnał atmosfery planety.

Rzadki przypadek TOI-3884b

TOI-3884b to tzw. superneptun – planeta sześciokrotnie większa od Ziemi. Jej tranzyty wyjątkowo często przecinają plamy gwiazdowe, co w kosmosie zdarza się niezwykle rzadko. Dzięki temu badacze mogli nie tylko przyjrzeć się samej atmosferze planety, ale także zbadać strukturę powierzchni gwiazdy i geometrię całego układu.

Obserwacje z Ziemi

Wcześniejsze badania dawały sprzeczne wyniki dotyczące nachylenia osi gwiazdy i jej prędkości obrotu. Aby rozwiać te wątpliwości, zespół wykorzystał instrumenty MuSCAT3 i MuSCAT4 zamontowane na 2-metrowych teleskopach Las Cumbres Observatory. W lutym i marcu 2024 roku udało się zarejestrować trzy tranzyty planety, podczas których pojawiły się wyraźne sygnały przejścia przez plamy. Analiza krzywych blasku wykazała, że plamy są o około 200 kelwinów chłodniejsze od powierzchni gwiazdy (3150 K) i zajmują aż 15 procent jej tarczy.

Co więcej, kształt sygnałów zmieniał się z tranzytu na tranzyt. Ponieważ zmiany zachodziły w krótkim czasie, badacze uznali, że odpowiada za nie rotacja gwiazdy, a nie ewolucja samych plam.

Odsłonięta geometria układu

Aby to potwierdzić, astronomowie rozpoczęli kampanię fotometryczną przy użyciu globalnej sieci teleskopów Las Cumbres o średnicy 1 metra. Od grudnia 2024 do marca 2025 mierzono jasność gwiazdy kilka razy każdej nocy. Uzyskane dane wykazały okresowe zmiany blasku, co pozwoliło wyznaczyć czas obrotu gwiazdy na 11,05 dnia.

Porównanie tego wyniku z obserwacjami tranzytów umożliwiło odtworzenie pełnej geometrii układu. Okazało się, że oś obrotu gwiazdy jest nachylona względem orbity planety aż o 62 stopnie. Tak duże niezgodności zazwyczaj tłumaczy się dawnymi oddziaływaniami grawitacyjnymi z masywnymi planetami lub towarzyszami gwiazdowymi. W przypadku TOI-3884 takich obiektów jednak nie wykryto, co czyni ten układ wyjątkowo zagadkowym.

Znaczenie odkrycia

TOI-3884b już teraz uchodzi za jeden z najlepszych celów dla obserwacji atmosfer egzoplanet z pomocą JWST. Dokładne poznanie właściwości plam gwiazdowych i nachylenia osi gwiazdy ma kluczowe znaczenie dla prawidłowej interpretacji przyszłych pomiarów.

Badanie wnosi także nowe informacje o aktywności magnetycznej czerwonych karłów. Choć TOI-3884 nie obraca się szczególnie szybko, posiada rozległą plamę w okolicach bieguna. Może to sugerować, że takie plamy są wśród czerwonych karłów znacznie częstsze, niż dotąd przypuszczano.