Zbadano grupę gwiazd leżącą w pobliżu Ziemi, obejmującą co najmniej trzy gwiazdy z potwierdzonymi olbrzymimi planetami na wydłużonych orbitach. Wynik?
Zacznijmy od tego, że naukowcy badający obce gwiazdy w poszukiwaniu planet pozaziemskich nieczęsto natrafiają na coś, co przypomina nasz Układ Słoneczny. Nawet dziś, gdy ogółem znanych jest już 5,5 tysiąca egzoplanet w Drodze Mlecznej. Niezależnie od tego, czy jest to spowodowane rozmiarem gwiazdy, metodą użytą do detekcji, czy czasem obserwacji, układy planetarne bardzo często składają się z wielu światów położonych na orbitach krótszych niż 100 dni. To, czego nie dostrzegamy, to z kolei „konfiguracje” podobne do naszego Układu Słonecznego: skaliste globy w sferze wewnętrznej i gazowe olbrzymy na zewnątrz; wszystkie z tych planet potrzebujące miesięcy, lat, dziesięcioleci lub ponad wieku, aby okrążyć swoją gwiazdę.
Jednak zgodnie z nowymi wynikami badań opublikowanych w czasopiśmie Nature Communications nasz macierzysty układ planetarny mimo wszystko może być kosmiczną normą, a nie wyjątkiem. Grupa włoskich astronomów przyjrzała się Beta (β) Pictoris Moving Group (BPMG), grupie gwiazd leżących w pobliżu Ziemi, obejmującej co najmniej trzy gwiazdy ze znanymi planetami olbrzymami na długich orbitach: 51 Eridani, AF Leporis i Beta Pictoris. Autorzy odkryli, że wiele innych gwiazd w tej grupie może również gościć gazowe olbrzymy.
W poszukiwaniu olbrzymów
Zdaniem szefa zespołu, Raffaele Grattona z INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, zbadano 30 gwiazd w poruszającej się grupie lub w jej pobliżu za pomocą dwóch różnych technik. Jedna z nich, zwana metodą prędkości radialnych, polega na analizie światła gwiazdy w poszukiwaniu charakterystycznego „chybotania” związanego z orbitującą planetą, która zawsze lekko grawitacyjnie ściąga gwiazdę naprzemiennie w jedną i drugą stronę. Druga technika, astrometria, wykorzystuje zjawisko zmiany pozycji gwiazd w stosunku do tła nieba na skutek obecności niewidocznych towarzyszy. Astronomowie mogą poszukiwać planet za pomocą prędkości radialnych z Ziemi, ale już poziom precyzji wymagany do przeprowadzenia astrometrii wymaga obserwacji z kosmosu. Większość danych na potrzeby astrometrii pochodzi zatem z misji kosmicznych Europejskiej Agencji Kosmicznej o nazwach Hipparcos i Gaia.
Zespół Grattona odkrył, że 20 gwiazd w poruszającej się grupie posiada oznaki świadczące o obecności gazowych olbrzymów – planet o masie Jowisza i większej – okrążających je na długich orbitach, od trzech do dwunastu razy większych od średniej odległości Słońca od Ziemi. Tak wysoki wskaźnik możliwych światów wielkości Jowisza wśród gwiazd BPMG skłonił Grattona i jego kolegów do zaproponowania, że nasz Układ Słoneczny może być typową konfiguracją dla gwiazd wielkości Słońca.
Problem z Układem Słonecznym
Znalezienie planet przy użyciu prędkości radialnych zajmuje dużo czasu. Z kolei wykrywanie ich na podstawie obserwacji przejść przed tarczą gwiazdy (czyli tranzytu) powoduje, że detekcje planet, które krążą na krótkich orbitach, utrudniają odkrycia innych planet. Próby bezpośredniego obrazowania planet można wykonywać tylko w przypadku gorących, młodych układów, a astrometria jest bardzo powolna i wymaga ogromnej precyzji. Innymi słowy, większość naszych obecnych metod po prostu nie nadaje się do poszukiwania planet w typie Jowisza na długiej orbicie. Są one zresztą niezbyt dobre także w przypadku znajdowania planet pozasłonecznych typu ziemskiego na orbitach 300-dniowych i dłuższych.
30 gwiazd w badanej próbce dobrano specjalnie ze względu na to, że są one podobne do Słońca. Dodajmy, że choć gwiazdy w typie czerwonego karła, takie jak Proxima Centauri lub TRAPPIST-1, są najliczniejszymi gwiazdami w galaktyce, są to jednocześnie bardzo małe gwiazdy, które nie wykazują tendencji do posiadania wielu dużych planet. Ich planety mają zwykle bardzo bliskie orbity, z czasem okrążenia do kilku dni lub tygodni. Nie jest to pomocne, gdy próbujemy dowiedzieć się czegoś o pochodzeniu Ziemi i jej bratnich planet z naszego układu. Zatem podczas gdy wykrywanie „gorących Jowiszów” o krótkim okresie obiegu gwiazdy jest stosunkowo łatwe, to już wykrycie planet podobnych do Jowisza o okresach dziesiątek lat jest nadal bardzo trudne.
To interesujący wynik
Dwadzieścia gwiazd z dowodami na istnienie planet o masie Jowisza na długich orbitach to jeszcze długa droga do rozstrzygającego wyniku, zwłaszcza że zespół szukał jedynie prędkości radialnych i danych astrometrycznych, które wydają się zgodne z obecnością planet, zamiast dokładać wszelkich starań, aby tę obecność faktycznie potwierdzić. Jeff Coughlin, naukowiec zajmujący się planetami w Instytucie SETI, który intensywnie pracował niegdyś nad misją Teleskopu Keplera, uważa, że artykuł jest ciekawy, ale grupa BPMG może nie być najlepszym punktem odniesienia do porównań ze Słońcem. Jest to bardzo młoda grupa gwiazd (~25 milionów lat) w porównaniu do wieku Słońca, wynoszącego około 5 miliardów lat. Jednak jego zdaniem praca może mieć kluczowe znaczenie dla lepszego zrozumienia, w jaki sposób ewoluują całe układy planetarne. Wiadomo na przykład, że jest to proces chaotyczny, a orbity planet mogą zmieniać się znacząco w czasie, zwłaszcza w układach młodych.
Pojawiają się też głosy, że nowa praca może wskazywać na spójny obraz utraty planet w trakcie życia układów planetarnych. Dodajmy, że według jednego z modeli Słońce prawdopodobnie straciło co najmniej jednego gazowego olbrzyma w wyniku migracji pozostałych czterech gazowych olbrzymów na dalsze orbity.
Autorzy artykułu sugerują, że ich hipoteza zostanie niedługo potwierdzona przez dane z misji Gaia. Czwarta publikacja danych Gaia (DR4), która ma ukazać się w 2025 r., będzie zawierała wystarczającą ilość pomiarów, aby można było znaleźć planety o sześcio- lub siedmioletnich orbitach wokół gwiazd. W tym momencie Gaia będzie prowadzić obserwacje już przez 11 lat. Kepler, który intensywnie poszukiwał planet tranzytujących, ostatecznie był w stanie obserwować tylko przez 3,5 roku podczas swojej pierwszej misji i kolejne pięć lat podczas misji K2, która była już jednak bardziej ograniczona z powodu awarii kół reakcyjnych satelity. Należący do NASA satelita TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) zbierał z kolei dane tylko przez pięć lat.
Podsumowując, wkrótce możemy uzyskać nowe informacje o tym, jak rzadki lub jak powszechny jest Układ Słoneczny. Niezależnie od wyniku większość z nas zapewne uświadamia sobie teraz co najmniej jedną rzecz: nawet przy ponad 5500 odkrytych do tej pory egzoplanetach wciąż nie wiemy zbyt wiele o tym, jak tworzą się i ewoluują złożone układy planet.
Czytaj więcej:
Źródło: Astronomy.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Model Układu Słonecznego. Źródło: NASA
