W miarę jak nasza wiedza o wszechświecie się poszerza, astronomowie przestają szukać „jakichkolwiek” planet pozasłonecznych, a zaczynają polować na te, które mogą stać się kluczem do zrozumienia ewolucji całych układów planetarnych. Międzynarodowy zespół naukowców, pod kierownictwem Francisa Zong Langa z Uniwersytetu w Bernie, ogłosił właśnie odkrycie obiektu, który może stać się nowym standardem w astrofizyce. TOI-4616 b, skalista planeta o rozmiarach zbliżonych do Ziemi, nie jest jedynie kolejnym punktem w katalogu egzoplanet – to „system referencyjny”, który pomoże nam zrozumieć, czy planety krążące wokół najpowszechniejszych gwiazd w galaktyce są w stanie utrzymać swoje atmosfery.
Dlaczego czerwone karły są tak istotne?
Większość gwiazd w naszej galaktyce to tak zwane czerwone karły (typu widmowego M). Są mniejsze, chłodniejsze i znacznie ciemniejsze od naszego Słońca, ale to właśnie wokół nich najczęściej odnajdujemy planety skaliste o masie zbliżonej do ziemskiej. Przykładem najbardziej znanym jest system TRAPPIST-1, w którym wokół jednej gwiazdy krąży aż siedem skalistych globów. Ze względu na niską jasność tych gwiazd, astronomom łatwiej jest dostrzec tranzyty krążących wokół nich planet oraz badać ich skład chemiczny podczas przejścia na tle tarczy gwiezdnej. Jednak bliskość planety do czerwonego karła to miecz obosieczny.
Czerwone karły mają bowiem burzliwą młodość. Zanim osiągną stabilność (ciąg główny), co może zająć im nawet dwa miliardy lat, emitują potężne ilości promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego. Dla planety znajdującej się blisko takiej gwiazdy oznacza to ekstremalne warunki. Silne rozbłyski gwiezdne mogą dosłownie „zdmuchnąć” pierwotną atmosferę planety, pozostawiając po sobie jedynie jałową, skalistą kulę. To właśnie w tym kontekście TOI-4616 b staje się bezcennym laboratorium dla badaczy.
TOI-4616 b: Laboratorium ekstremalnej radiacji
Nowo odkryta planeta znajduje się około 91 lat świetlnych od Ziemi i krąży wokół gwiazdy TOI-4616, będącej typowym przedstawicielem karłów typu M4. Sama planeta ma promień wynoszący około 1,22 promienia Ziemi i wykonuje pełny obieg wokół swojej gwiazdy w zaledwie 1,55 dnia. Tak mała odległość od macierzystej gwiazdy sprawia, że temperatura równowagowa na jej powierzchni wynosi około 525 Kelwinów (ponad 250 stopni Celsjusza).
Naukowcy określają TOI-4616 b jako obiekt znajdujący się w „reżimie silnego napromieniowania”. Choć jej pierwotna, bogata w wodór atmosfera najprawdopodobniej dawno wyparowała, planeta ta jest idealnym kandydatem do badania tak zwanych atmosfer wtórnych. Atmosfery te mogą powstawać długo po uformowaniu się planety, na przykład w wyniku procesów wulkanicznych lub uwalniania gazów z wnętrza globu. Jeśli planeta posiada odpowiednio silne pole magnetyczne lub jej atmosfera składa się z cięższych cząsteczek, takich jak dwutlenek węgla, ma ona szansę oprzeć się niszczycielskiej sile gwiezdnego wiatru.
Dlaczego ten system uznano za „wzorcowy”?
W astronomii termin „benchmark” (punkt odniesienia) jest zarezerwowany dla obiektów, które znamy wyjątkowo dobrze. Gwiazda TOI-4616 jest pod tym względem unikalna. Choć jej najbardziej szczegółowe pomiary wykonano w ostatnich latach dzięki misji TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), dane archiwalne na jej temat sięgają aż 1954 roku. Wieloletnie obserwacje z różnych instrumentów, takich jak PanSTARRS czy SNO/Artemis, pozwoliły astronomom niezwykle precyzyjnie określić parametry gwiazdy: jej masę (ok. 18% masy Słońca), promień oraz temperaturę.
Precyzja ta jest kluczowa. Aby dokładnie zbadać atmosferę planety, musimy najpierw doskonale poznać gwiazdę, którą ona przesłania. TOI-4616 b stanowi pomost między planetami krążącymi wokół cieplejszych karłów typu M a tymi, które krążą wokół obiektów ultrazimnych. Dzięki temu naukowcy mogą porównywać strukturę wewnętrzną i ewolucję planet w różnych środowiskach radiacyjnych.
Przyszłość badań z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba
Odkrycie opisane w pracy przesłanej do Monthly Notices of the Royal Astronomical Society otwiera drzwi do nowej fazy badań. Dzięki temu, że system jest stosunkowo blisko nas, a gwiazda jest wystarczająco jasna, TOI-4616 b staje się priorytetowym celem dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Astronomowie chcą sprawdzić, czy modele teoretyczne dotyczące ucieczki atmosfery znajdują potwierdzenie w rzeczywistości.
„Kombinacja precyzyjnych parametrów gwiazdowych, spójnych pomiarów tranzytów w wielu pasmach oraz jasności gwiazdy macierzystej sprawia, że TOI-4616 jest szczególnie wartościowym systemem dla przyszłych badań atmosferycznych i dynamicznych” – podsumowują autorzy badania. TOI-4616 b może ostatecznie odpowiedzieć na jedno z najważniejszych pytań współczesnej egzoplanetologii: czy planety wielkości Ziemi krążące wokół czerwonych karłów mają jakąkolwiek szansę na zachowanie warunków, które w odległej przyszłości mogłyby sprzyjać powstaniu życia, czy też są skazane na bycie martwymi, skalistymi pustyniami.