Opublikowane 15 grudnia wyniki badań wskazują na odkrycie dwóch nowych układów planetarnych krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca. Czy i nowe planety są podobne do tych krążących w naszym układzie?
Badaniem kierowali dr Eder Martioli, badacz w Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA/MCTI) i Institut d'astrophysique de Paris (IAP), oraz dr Guillaume Hébrard z IAP. Obserwacje umożliwiające wykrycie obu układów, noszących nazwy TOI-1736 i TOI-2141, zostały przeprowadzone przy użyciu należącego do NASA teleskopu kosmicznego TESS oraz spektrografu SOPHIE zainstalowanego na 1,93-metrowym teleskopie w Observatoire de Haute-Provence (OHP) w południowej Francji, widocznym na ilustracji.
Odkrycia pierwszej egzoplanety krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca, 51 Pegasi b, dokonano w 1995 roku przy użyciu tego samego 1,93-metrowego teleskopu w OHP. Znalezisko skutkowało Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki dla astronomów Michela Mayora i Didiera Queloza, a także zapoczątkowało rewolucję w naszym rozumieniu układów planetarnych we Wszechświecie (choć nie należy zapominać, że pierwsze w historii planety pozasłoneczne odkrył już kilka lat wcześniej Polak, profesor Wolszczan). Dziś znamy już ponad 5 500 egzoplanet, a liczba ta rośnie z dnia na dzień. Odkrycia takich obiektów stwarzają okazję do zbadania zjawiska powstawania planet wokół gwiazd oraz różnorodności cech fizycznych występujących w różnych ich układach i konfiguracjach. Układy planetarne takie jak nowo odkryte nie tylko poszerzają naszą wiedzę na temat powstawania i ewolucji planet wokół gwiazd podobnych do Słońca, ale także umożliwiają bardziej precyzyjne pomiary właściwości fizycznych tych planet dzięki wykorzystaniu podobieństw między ich gwiazdami macierzystymi a Słońcem.
Jednym z wniosków wyciągniętych po odkryciu pierwszej egzoplanety gwiazdy typu słonecznego było to, że Układ Słoneczny nie jest wyjątkowy i nie obejmuje wszystkich możliwych typów planet. Na przykład, planeta 51 Pegasi b jest wielkości Jowisza, ale krąży znacznie bliżej swojej gwiazdy niż jakakolwiek planeta w Układzie Słonecznym, przez co została nazwana (jest to także nazwa całej klasy egzoplanet) tzw. gorącym Jowiszem. Inne powszechne typy planet w układach egzoplanetarnych obejmują super-Ziemie i mini-Neptuny, których również na próżno szukać Układzie Słonecznym.
Kolejne istotne odkrycie było takie, że bardzo różne gwiazdy mogą posiadać planety. Zarówno małe i duże, bardzo gorące i chłodne. Jednak rodzaj gwiazdy może wpływać na intensywność powstawania niektórych typów planet. Praca zespołu Edera Martioli koncentrowała się na badaniu dwóch gwiazd bardzo podobnych do Słońca. Obie mają planety typu mini-Neptun, a jedna z nich również super-Jowisza. Żadna z tych planet nie ma swojego odpowiednika w Układzie Słonecznym. Omawiane badania pozwoliły natomiast na głębsze zrozumienie obecności planet o odmiennych cechach i ich ewolucji w otoczeniu zbliżonym do naszego Słońca.
Pierwszy z odkrytych układów, TOI-2141, składa się z gwiazdy znajdującej się w odległości 250 lat świetlnych od nas, o rozmiarach niemal identycznych i wieku nieznacznie bardziej zaawansowanym niż Słońce. Jej skład chemiczny wykazuje również niedobór cięższych pierwiastków w porównaniu ze Słońcem. Ilość tych pierwiastków jest ważnym czynnikiem w procesie formowania się planet.
Planeta TOI-2141b została wykryta przy użyciu metody tranzytów, zgodnie z którą planeta przechodzi przed tarczą gwiazdy, powodując jej niewielkie i okresowe zaćmienia, co umożliwia jej wykrycie poprzez uważne monitorowanie zmian jasności gwiazdy. TOI-2141b ma średnicę trzykrotnie większą i masę około 24 razy większą od Ziemi, co klasyfikuje ją jako mini-Neptun. Okrąża swoją gwiazdę co 18,26 dnia, utrzymując odległość zaledwie 13% odległości między Ziemią a Słońcem. Możliwe było oszacowanie, że na planecie panuje temperatura rzędu 450°C. Jej gęstość sugeruje z kolei obecność skalistego jądra i atmosfery z dużą ilością wody, aczkolwiek wyłącznie w postaci gazowej ze względu na wysokie temperatury. Nie zidentyfikowano żadnych innych planet w tym układzie, ale nie można wykluczyć możliwości znalezienia tam kolejnych, mniejszych planet ze względu na obecne ograniczenia metod obserwacji.
Drugi z odkrytych układów, TOI-1736, okazał się bardziej egzotyczny. Jego główna gwiazda znajduje się w odległości 290 lat świetlnych i jest bardzo podobna do Słońca, zwłaszcza pod względem temperatury i wieku. Jest od niego zaledwie 15% większa i wykazuje nieco wyższą koncentrację cięższych pierwiastków chemicznych. Podczas badań odkryto, że układ TOI-1736 ma także gwiazdę towarzyszącą, mniejszą i chłodniejszą, co tym samym czyni go gwiazdowym układem podwójnym. Chłodniejsza gwiazda jest jednak wystarczająco odległa, aby uniknąć ingerencji w układ planetarny, który porusza się wyłącznie wokół głównej gwiazdy podobnej do Słońca. W układzie tym wykryto co najmniej dwie planety.
Pierwsza, TOI-1736b, jest również mini-Neptunem, o średnicy 2,5 razy większej i masie 13 razy większej niż masa Ziemi. Krąży w odległości wynoszącej jedynie 7% odległości między Ziemią a Słońcem, ukańczając swoją orbitę co 7,1 dnia. Ze względu na tę bliskość gwiazdy planeta otrzymuje znacznie więcej ciepła i promieniowania, co skutkuje temperaturą szacowaną nawet na 800°C.
Druga planeta, TOI-1736c, ma z kolei masę... 2800 razy większa od masy Ziemi i jest prawie dziewięć razy większa od Jowisza. Przy takich rozmiarach jest klasyfikowana jako super-Jowisz. Niewiele brakowało, by stała się gwiazdą. Jej okres orbitalny to aż 570 dni. Krąży zaledwie około 30% dalej niż średnia odległość między Ziemią a Słońcem, i co ciekawe, znajduje się w strefie zamieszkiwalnej gwiazdy TOI-1736 (strefa ta jest definiowana jako obszar wokół gwiazdy o odpowiedniej temperaturze, aby umożliwić istnienie ciekłej wody na powierzchni planety). TOI-1736c jest prawdopodobnie gazowym olbrzymem podobnym do Jowisza, więc nie należy oczekiwać, że będzie miała stałą powierzchnię jak Ziemia. Jeśli jednak przypadkiem planeta ta posiada choć jeden księżyc, wówczas takie ciało stałe może mieć atmosferę, potencjalnie umożliwiając obecność wody w stanie ciekłym i, być może nawet nadaje się do zamieszkania.
Obserwacje gwiazdy TOI-1736 ujawniły też oznaki możliwej trzeciej planety krążącej w większej odległości, co jednak wymaga dalszego, długoterminowego monitorowania w celu potwierdzenia. Zespół kontynuuje zatem obserwacje TOI-1736 za pomocą spektrografu SOPHIE w OHP, mając nadzieję, że wkrótce uda się zebrać więcej informacji o tej gwieździe, tak podobnej do Słońca, a goszczącej tak zróżnicowany układ planetarny.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja: E. Martioli et al., TOI-1736 and TOI-2141: Two systems including sub-Neptunes around solar analogs revealed by TESS and SOPHIE, Astronomy & Astrophysics (2023)
Źródło: phys.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Mały panel w lewym górnym rogu przedstawia teleskop kosmiczny TESS, odpowiedzialny za pierwszą identyfikację egzoplanet TOI-2141b i TOI-1736b. Obraz w tle to zdjęcie obserwatorium OHP z kopułą 1,93-metrowego teleskopu, w którym zainstalowany jest instrument SOPHIE, odpowiedzialny za wykrycie i scharakteryzowanie egzoplanet TOI-2141b, TOI-1736b i TOI-1736c. (Eder Martioli)
