Współczesna astronomia przeżywa swój złoty wiek w dziedzinie poszukiwania planet pozasłonecznych, a najnowsze odkrycie międzynarodowego zespołu naukowców jest tego najlepszym dowodem. Dzięki połączonym siłom kosmicznych teleskopów i precyzyjnych instrumentów naziemnych, badacze zidentyfikowali fascynujący świat oddalony o 106 lat świetlnych od Ziemi. Obiekt, oznaczony jako TOI-5734 b, to tzw. gorący podneptun, którego charakterystyka fizyczna stawia go w centrum debaty nad tym, jak planety tracą swoje atmosfery i zmieniają się w czasie.
Odkrycie planety TOI-5734 b nie byłoby możliwe bez synergii dwóch zaawansowanych metod obserwacyjnych. Pierwsze sygnały o istnieniu tego obiektu dotarły do naukowców w 2022 roku dzięki misji Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Teleskop ten zarejestrował charakterystyczne, okresowe spadki jasności gwiazdy macierzystej, co sugerowało przejście (tranzyt) planety na tle jej tarczy. Jednak sam tranzyt pozwala określić jedynie rozmiar obiektu, a nie jego masę.
Aby potwierdzić naturę odkrycia i dokładnie scharakteryzować nową planetę, zespół pod kierownictwem Simone Filomeno z Obserwatorium Astronomicznego w Rzymie wykorzystał spektrograf HARPS-N (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher for the Northern Hemisphere), zainstalowany na włoskim Teleskopie Narodowym Galileusza (TNG) na Wyspach Kanaryjskich. Wykorzystując metodę prędkości radialnych, badacze byli w stanie zmierzyć subtelne „chybotanie” gwiazdy wywołane grawitacją krążącej planety, co pozwoliło na precyzyjne wyznaczenie jej masy i gęstości.
Młody pomarańczowy karzeł
Planeta TOI-5734 b krąży wokół gwiazdy skatalogowanej jako TOI-5734 (lub TIC 9989136). Jest to stosunkowo młody karzeł typu widmowego K3-K4 V, co oznacza, że jest on chłodniejszy i mniejszy od naszego Słońca. Gwiazda ta posiada około 72% masy Słońca oraz promień stanowiący 64% promienia naszej dziennej gwiazdy. Jej temperatura efektywna wynosi około 4750 K.
Dla astronomów wiek i typ gwiazdy mają kluczowe znaczenie. Pomarańczowe karły typu K są uznawane za „złoty środek” w poszukiwaniu układów planetarnych – są stabilniejsze od mniejszych czerwonych karłów, a jednocześnie żyją znacznie dłużej niż gwiazdy typu słonecznego. Młodość systemu TOI-5734 sprawia, że jest on idealnym laboratorium do obserwacji procesów ewolucyjnych, które wciąż kształtują tamtejsze planety.
Charakterystyka TOI-5734 b: Świat o gęstości Ziemi
Dane zebrane przez instrumenty TESS i HARPS-N kreślą obraz planety o intrygujących parametrach. TOI-5734 b ma promień około 2,1 raza większy od ziemskiego, ale jej masa jest aż 9,1 raza większa od masy naszej planety. Takie zestawienie daje gęstość zbliżoną do gęstości Ziemi, co jest nietypowe dla obiektów o tak dużych rozmiarach, które zazwyczaj posiadają rozległe, lekkie otoczki gazowe.
Planeta znajduje się ekstremalnie blisko swojej gwiazdy – zaledwie 0,06 jednostki astronomicznej (AU), co sprawia, że pełny obieg po orbicie (rok planetarny) trwa tam zaledwie 6,18 dnia. Tak bliska odległość skutkuje wysoką temperaturą równowagową, szacowaną na 688 K (około 415 stopni Celsjusza). To właśnie dlatego astronomowie klasyfikują ten glob jako „gorący podneptun”.
Zagadka „Doliny Promieni” i przyszłość atmosfery
Jednym z najciekawszych aspektów odkrycia TOI-5734 b jest jej położenie na wykresach statystycznych populacji egzoplanet. Planeta znajduje się na górnej krawędzi tzw. doliny promieni (radius valley). Jest to obszar niedoboru planet o promieniach od 1,5 do 2,0 promieni Ziemi. Naukowcy uważają, że planety znajdujące się w tej luce tracą swoje pierwotne atmosfery w wyniku silnego promieniowania gwiazdy macierzystej, przechodząc z kategorii gazowych pod-Neptunów do skalistych super-Ziem.
W przypadku TOI-5734 b proces ten wydaje się być w toku. Astronomowie przypuszczają, że obecnie jest to świat skalisty, który niemal całkowicie wyczerpał swoją pierwotną atmosferę wodorowo-helową. Przewiduje się, że planeta całkowicie utraci swoją pierwotną otoczkę w ciągu najbliższych 300 milionów lat. Naukowcy nie wykluczają jednak innego scenariusza – TOI-5734 b może być tzw. „światem wodnym”, czyli globem o dużej zawartości lodu i wody pod ciśnieniem, choć obecne dane o gęstości wymagają dalszej weryfikacji w celu potwierdzenia tej hipotezy.
Dlaczego to odkrycie jest istotne?
Analiza TOI-5734 b pozwala badaczom prześledzić historię migracji planetarnej. Zespół Simone Filomeno sugeruje, że w przeszłości planeta ta znajdowała się znacznie dalej od gwiazdy i posiadała znacznie większy promień. Z biegiem czasu, migrując do wnętrza układu i będąc poddaną intensywnemu „bombardowaniu” fotonami przez młodą gwiazdę, planeta skurczyła się do obecnych rozmiarów.
Badania nad takimi obiektami jak TOI-5734 b są kluczowe dla zrozumienia, dlaczego w niektórych układach powstają giganty gazowe, a w innych jedynie małe, skaliste globusy. Każda kolejna planeta o tak dokładnie wyznaczonych parametrach przybliża nas do stworzenia spójnego modelu formowania się systemów planetarnych w naszej galaktyce.