Wszechświat pełen jest zagadkowych światów, ale jedne z najbardziej intrygujących globów krążą wokół białych karłów – gęstych pozostałości po gwiazdach podobnych do Słońca. To właśnie one dają nam wgląd w ostateczny los naszego własnego układu planetarnego. Teraz, dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba (JWST), astronomowie po raz pierwszy zajrzeli w atmosferę gigantycznej planety WD 1856b, krążącej wokół białego karła, i odkryli coś, co całkowicie ich zaskoczyło: jest ona znacznie gorętsza, niż ktokolwiek się spodziewał.
Odkrycia opublikowane na łamach prestiżowego periodyku „Nature” rzucają nowe światło na niezwykłe procesy, które mogą zachodzić wokół umierających gwiazd, dając planetom swego rodzaju „drugie życie”.
Białe karły nie są zwykłymi gwiazdami. To supergęste szczątki gwiazd o masie do ośmiu mas Słońca, które zakończyły swój cykl życia. Po zakończeniu swojego życia na ciągu głównym (Słońce jest właśnie w połowie tego etapu), gwiazdy takie dosłownie puchną przechodząc w stadium czerwonego olbrzyma, a następnie odrzucają swoje zewnętrzne warstwy, by w końcu pozostawić po sobie jedynie niezwykle gęste jądro, czyli właśnie białego karła. To właśnie taki scenariusz czeka nasze Słońce za około 5 miliardów lat. Dlatego każda planeta orbitująca wokół białego karła stanowi dla naukowców bezcenne laboratorium do badania przyszłości Układu Słonecznego.
Biały karzeł jest ekstremalnie gęsty – w sferze o średnicy Ziemi mieści się w nim nawet 1,4 masy Słońca. Dla Układu Słonecznego proces ten będzie niezwykle destrukcyjny. Faza czerwonego olbrzyma może sprawić, że Słońce rozszerzy się aż do orbity Marsa. Niejako z automatu oznacza to zniszczenie Merkurego i Wenus, które dosłownie znajdą się we wnętrzu rosnącej gwiazdy. Los Ziemi jak na razie jest nieznany, bowiem znajdzie się ona niejako „na pograniczu”. Zewnętrzne planety, takie jak Jowisz i Saturn, mają niemal pewne szanse na przetrwanie.
Kiedy Słońce umrze i pozostawi po sobie jedynie białego karła, utrata masy zmieni orbity ocalałych planet, powodując ich oddalenie. Oddziaływanie grawitacyjne białego karła będzie znacznie mniejsza niż Słońca, co sprawi, że Układ Słoneczny będzie mniej związany grawitacyjnie, a dynamiczne interakcje łatwiej będą zmieniać położenie planet.
WD 1856b pod lupą JWST
Planeta WD 1856b, oddalona od nas o 82 lata świetlne, jest obiektem wyjątkowym. Krąży ona wokół białego karła i – co niezwykle ciekawe – jest od niego aż siedem razy większa! Badanie atmosfery tak osobliwego układu to nie lada wyzwanie. Astronomowie analizują atmosfery egzoplanet, gdy te przechodzą na tle swojej gwiazdy. Światło gwiazd, przesączając się przez atmosferę, zbiera sygnatury gazów, pozwalając na ich identyfikację.
„W momencie, gdy zobaczyliśmy widmo WD 1856b, które pokazało kolosalny spadek efektywnej wielkości planety na dłuższych falach podczerwonych, pomyśleliśmy: »Wow! Co tu się, do cholery, dzieje?«” – powiedział Ryan MacDonald w rozmowie z portalem ScienceAlert. „Widmo tranzytowe WD 1856b z JWST nie przypomina żadnej innej planety, którą widzieliśmy wcześniej”.
Zazwyczaj atmosfera planety tranzytującej znajduje się całkowicie na tarczy gwiazdy, ale w przypadku WD 1856b tylko część atmosfery zakrywa białego karła w danym momencie. Układ ten ma największą znaną głębokość tranzytu spośród wszystkich egzoplanet (56 procent), a sam tranzyt trwa zaledwie 8 minut. Dodatkowo biały karzeł jest znacznie ciemniejszy niż gwiazdy ciągu głównego, które zwykle obserwuje JWST. Wszystko to wymagało od naukowców opracowania zupełnie nowych modeli i przeformułowania sposobu analizy danych.
Tym, co najbardziej zszokowało zespół badawczy, nie był skład atmosfery egzoplanety, lecz jej temperatura. Spodziewano się, że będzie wynosić około -113 stopni Celsjusza, podobnie jak w przypadku Jowisza, który ma zbliżony rozmiar i orbitę do WD 1856b. Zamiast tego, temperatura WD 1856b oscylowała wokół 126 stopni Celsjusza!
„Zastanawialiśmy się, jak planeta krążąca wokół starego, ciemnego białego karła – która ochładza się od momentu śmierci gwiazdy, z której powstała 5,4 miliarda lat temu – może być tak ciepła?” – zastanawiał się MacDonald.
Warto tutaj pamiętać, że olbrzymie planety ochładzają się w przewidywalnym tempie przez miliardy lat, co oznacza, że ich obecne temperatury zawierają wskazówki dotyczące wydarzeń, które je ogrzały w przeszłości.
Innym zaskoczeniem było odkrycie, że choć planeta WD 1856b jest tylko nieco mniejsza od Jowisza, to jest od niego siedem razy bardziej masywna.
Rekonstrukcja dramatycznej historii
Połączenie tych zaskakujących faktów – nieoczekiwanej temperatury i masy – pozwoliło badaczom zrekonstruować historię WD 1856b. Okazało się, że ten niezwykły świat musiał osiągnąć swoją maksymalną temperaturę miliardy lat po tym, jak jego gwiazda macierzysta stała się białym karłem. Taki czas sugeruje, że za ogrzewanie nie odpowiadał sam biały karzeł. Coś innego musiało podgrzać planetę długo po transformacji gwiazdy w białego karła.
Jednym z możliwych sprawców jest pobliska gwiazda podwójna. Jej wpływ grawitacyjny mógł zarówno rozgrzać egzoplanetę pływowo, jak i skierować ją w kierunku białego karła z bardziej odległej orbity na obecną pozycję. To fascynująca hipoteza, która tłumaczy tak ekstremalne warunki.
Drugie życie planet i przyszłość Układu Słonecznego
„Nasze wyniki pokazują, że gigantyczne planety, takie jak Jowisz, mogą mieć ‘drugie życie’ po śmierci swojej gwiazdy macierzystej, przemieszczając się bliżej, będąc ponownie ogrzewane i doświadczając zmian chemicznych atmosfery” – podkreślił MacDonald. „Śmierć gwiazdy to nie koniec, to nowy rozdział w życiu planet podobnych do Jowisza”.
Wciąż nie wiemy, co dokładnie będzie to oznaczać dla Ziemi. Niektóre modele przewidują, że nasz świat zostanie pochłonięty przez Słońce, inne nie. Jeśli nasza planeta przetrwa, nie wiemy, jak redystrybucja masy słonecznej wpłynie na orbitę Ziemi. Ludzkość prawdopodobnie nie przetrwa wystarczająco długo, aby to zobaczyć, ale być może do tego czasu pojawi się nowe życie w innych zakątkach kosmosu. Badanie światów takich jak WD 1856b może nam pokazać, jakie są szanse na taki scenariusz.
„Dzisiejsze wyniki pokazują, że możemy mierzyć, z czego składają się atmosfery planet krążących blisko białych karłów, co otwiera ekscytującą nową dziedzinę badań atmosfer planetarnych po fazie ciągu głównego” – podsumowuje MacDonald. „Ostatecznym marzeniem byłoby odnalezienie skalistej planety orbitującej wokół białego karła, być może nawet w jego strefie zamieszkiwalnej. Bo co może być bardziej poetyckiego niż szukanie życia wokół martwej gwiazdy?”