Niedostatek gazowych olbrzymów może utrudniać powstawanie planet potencjalnie nadających się do zamieszkania i podobnych do Ziemi wokół czerwonych karłów.
Astronomowie odkryli, że najmniejsze i najczęściej spotykane gwiazdy we Wszechświecie, znane jako czerwone karły, bardzo rzadko są okrążane przez duże planety podobne do Jowisza. Ta ograniczona obecność gazowych olbrzymów może mieć istotny wpływ na rozwój planet podobnych do Ziemi wokół czerwonych karłów oraz na cały proces poszukiwań potencjalnych światów nadających się do podtrzymania życia pozaziemskiego.
Jak przystało na największą planetę, Jowisz odegrał dominującą rolę w ewolucji naszego Układu Słonecznego. Naukowcy są przekonani, że odegrał kluczową rolę w kształtowaniu się Ziemi, przygotowując grunt pod jej ewolucję i czyniąc ją odpowiednią do zamieszkania. Ten gazowy olbrzym miał wpływ na formowanie się, rozmiar i skład naszej planety. A brak dużej ilości podobnych masywnych gazowych olbrzymów w układach planetarnych z czerwonymi karłami sugeruje, że zamieszkałe skaliste światy mogły nie ewoluować w tak szczególnie przyjazne dla życia miejsca, jak Ziemia.
Wykazaliśmy, że najmniej masywne gwiazdy nie mają "jowiszów", czyli planet o masie Jowisza, które otrzymują podobne ilości światła swoich gwiazd do tych, jakie Jowisz otrzymuje od naszego Słońca – wyjaśnia Emily Pass z Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian (CfA), główna autorka nowych badań. Choć odkrycie to sugeruje, że planet podobnych do Ziemi może być bardzo niewiele w pobliżu czerwonych karłów, wciąż jest jeszcze wiele rzeczy, których nie wiemy o tych układach, więc musimy być otwarci na nowe odkrycia.
Odkrycia takie są o tyle istotne, że wiele z badanych czerwonych karłów to nasi najbliżsi kosmiczni sąsiedzi. Ta bliskość, w połączeniu z cechami chłodnych i słabych czerwonych karłów, które nie przytłaczają powierzchni swoich ewentualnych planet jasnym światłem i zbyt dużą ilością energii, sprawia, że stają się one najbardziej interesującymi obiektami w zakresie badań atmosfer egzoplanet. Uważanych za kluczowy priorytet badawczy – zarówno obecnie, jak i na kilka następnych dziesięcioleci.
Czerwone karły, którym przyjrzeliśmy się w tym badaniu, są naszymi najbliższymi kosmicznymi sąsiadami, co oznacza, że ich planety są idealnymi kandydatami do szczegółowego zbadania przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – mówi współautor pracy, David Charbonneau, profesor na Uniwersytecie Harvarda, uczony z Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian. Ale teraz, gdy mamy bardzo mocne dowody na to, że zimne gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz i Saturn, są niezwykle rzadkie wokół tych gwiazd, także planety skaliste o umiarkowanym klimacie, które ostatecznie chcemy badać, mogą znacznie odbiegać od naszych ziemskich oczekiwań.
Aby ocenić częstotliwość występowania planet typu Jowisza, zespół badaczy pod kierownictwem Pass przeprowadził badania na niezwykle licznej populacji 200 małych czerwonych karłów. Każdy z tych karłów ma masę od 10% do 30% masy Słońca, co jest powszechne wśród tego typu gwiazd. Warto zauważyć, że małe czerwone karły przewyższają liczebnie gwiazdy o wielkości Słońca w naszej Galaktyce. Obserwacje zostały przeprowadzone w latach 2016-2022, głównie w Obserwatorium Freda Lawrence'a Whipple'a w Arizonie, a także przy wykorzystaniu Międzyamerykańskiego Obserwatorium Cerro Tololo w Chile.
Dane zebrane podczas tych obserwacji są podstawą analizy częstości występowania planet jowiszowych. Naukowcy wykorzystali metodę pomiaru prędkości radialnych, by odkryć duże egzoplanety w zbiorze danych o gwiazdach. Jak? Gdy planety krążą wokół swoich gwiazd macierzystych, wzajemne oddziaływanie grawitacyjne między nimi powoduje niewielkie „chwianie się” gwiazd, które można zaobserwować i zmierzyć w dokładnej analizie jasności danej gwiazdy.
Podczas tego badania gwiazd naukowcy nie znaleźli żadnej planety o właściwościach podobnych do Jowisza. Biorąc pod uwagę nieuniknione niepewności statystyczne mogli z dużym przekonaniem stwierdzić, że "jowisze" występują w mniej niż 2% układów planetarnych związanych z małomasywnymi czerwonymi karłami.
Odkrycia te wyraźnie kontrastują z analogicznymi badaniami gwiazd o średniej wielkości, takich jak nasze Słońce. Przeważnie takie gwiazdy posiadają masywne planety, które krążą w odległościach podobnych do Jowisza. Ogromne masy tych światów – przykładowo, Jowisz ma masę większą niż suma mas wszystkich innych planet Układu Słonecznego – generują ogromną grawitację, która wywiera znaczny wpływ na inne ciała niebieskie.
W Układzie Słonecznym Jowisz jest tyranem – powiedział Charbonneau. Wiele z tego, co sprawia, że Ziemia jest taka, jaka jest, wynika z tego, co działo się z Jowiszem we wczesnej historii Układu Słonecznego.
Jednym z najważniejszych wydarzeń w historii Układu Słonecznego jest na przykład migracja Jowisza, która miała miejsce w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat jego istnienia. Po powstaniu w odległych zakątkach Układu Słonecznego Jowisz wraz z innymi planetami zewnętrznymi przemieścił się powoli w kierunku Słońca. W trakcie tego procesu potężne oddziaływanie grawitacyjne Jowisza spowodowało rozrzucenie wielu bogatych w lód, kometarnych ciał na kursie kolizyjnym z czterema skalistymi planetami w wewnętrznej części Układu Słonecznego. A gdy ogromna ilość tych lodowych ciał uderzyła w naszą młodą planetę, dostarczyły one tu znaczną ilość wody, potencjalnie również cząsteczek zawierających węgiel. W rezultacie na powierzchni Ziemi pojawiły się oceany, w których, jak się przypuszcza, cząsteczki organiczne mieszały się przez miliony lat. W końcu te cząsteczki nabrały złożoności i zaczęły replikować się, tworząc to, co dziś nazywamy życiem.
Bez Jowisza te warunki mogłyby nigdy się nie pojawić, a podróż Ziemi w stronę życia mogłaby się nigdy nie rozpocząć.
Choć nowe odkrycia sugerują, że warunki, które przyczyniły się do stworzenia przynajmniej jednej nadającej się do zamieszkania planety w naszym Układzie Słonecznym, prawdopodobnie nie będą spełnione w układach słonecznych z małymi czerwonymi gwiazdami, wciąż istnieje możliwość istnienia życia pozaziemskiego w tych układach. Charbonneau uważa, że sam brak planet jowiszowych nie oznacza jeszcze, że skaliste planety wokół czerwonych karłów nie nadają się do zamieszkania. Wyraźny brak olbrzymich planet podobnych do Jowisza oznacza, że więcej surowca powinno być dostępne do budowy mniejszych, skalistych obiektów, gdyż materiał ten nie został wykorzystany na tworzenie światów o wielkości Jowisza. I faktycznie, w innych badaniach już wcześniej wykazano, że skaliste planety wokół czerwonych karłów są zazwyczaj znacznie większe niż te obecne wokół gwiazd podobnych do Słońca.
Z tego wynika też, że planety skaliste wydają się powstawać w większej ilości wokół czerwonych karłów w porównaniu do gwiazd typu Słońca. Na przykład znany układ planetarny TRAPPIST-1 składa się z siedmiu skalistych światów, które krążą na orbitach znacznie bliższych swojej gwiazdy niż Merkury wokół naszego Słońca. Podsumowując, układy planetarne czerwonych karłów różnią się znacznie od naszego, co otwiera fascynujące perspektywy dla potencjalnych siedlisk życia, z których istnienia być może jeszcze nie zdajemy sobie sprawy.
Nasza praca sugeruje, że skaliste światy o masie podobnej do Ziemi i krążące wokół czerwonych karłów powstały i rosły w zupełnie innym środowisku niż nasza planeta – mówi Pass. Jesteśmy podekscytowani możliwością zobaczenia, co to dokładnie oznacza, ponieważ posuwamy się do przodu w zdalnym badaniu planet w naszym kosmicznym sąsiedztwie.
Więcej informacji:
- The Case of the Missing Jupiters: Gas Giant Planets are a No-Show around Small Red Stars
- Mid-to-Late M Dwarfs Lack Jupiter Analogs
Źródło: CfA
Opracowanie:
Agnieszka Nowak, Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Wizja artystyczna planety podobnej do Jowisza na orbicie czerwonego karła. Źródło: Melissa Weiss, CfA
