Przejdź do treści

Egzoplaneta o masie prawie 13 mas Jowisza krążąca w układzie podwójnym

img

W ciągu ostatnich trzech dekad odkryto blisko 4000 egzoplanet krążących wokół gwiazd poza Układem Słonecznym. Począwszy od 2011 r. możliwe było wykorzystanie Kosmicznego Teleskopu Keplera do obserwacji pierwszych egzoplanet na orbicie wokół młodych układów podwójnych zawierających dwie aktywne gwiazdy mające wodór wciąż palący się w ich jądrach.

Brazylijscy astronomowie znaleźli teraz pierwszy dowód na istnienie egzoplanety krążącej wokół starszego lub bardziej rozwiniętego układu podwójnego, w którym jedna z gwiazd jest już martwa.

Leonardo Andrade de Almeida, pierwszy autor artykułu opublikowanego w The Astronomical Journal powiedział Agência FAPESP: „Udało się uzyskać solidne dowody na istnienie olbrzymiej egzoplanety o masie prawie 13 razy większej, niż Jowisz – największa planeta w Układzie Słonecznym – w rozwiniętym układzie podwójnym. To pierwsze potwierdzenie egzoplanety w tego rodzaju układzie.”

Wskazówki, dzięki którym badacze odkryli egzoplanetę w wyewoluowanym układzie podwójnym nazwanym KIC 10544976, znajdującym się w konstelacji Łabędzia, zawierały zmiany czasu zaćmienia (czas potrzebny każdej gwieździe na zaćmienie drugiej) i okresie orbitalnym.

„Różnice w okresie orbitalnym układu podwójnego wynikają z przyciągania grawitacyjnego między trzema obiektami, które krążą wokół wspólnego środka masy” – powiedział Almeida.

Zmienność okresu orbitalnego nie wystarcza jednak do udowodnienia istnienia planety w przypadku układów podwójnych, ponieważ aktywność magnetyczna gwiazd podwójnych zmienia się okresowo, tak jak pole magnetyczne Słońca zmienia biegunowość co 11 lat.

„Zmiany aktywności magnetycznej Słońca ostatecznie powodują zmianę jego pola magnetycznego. To samo dotyczy wszystkich gwiazd pojedynczych. W układach podwójnych zmiany te powodują również zmianę okresu orbitalnego” – mówi Almeida.

Aby obalić hipotezę, że zmiany w okresie orbitalnym KIC 10544976 były spowodowane jedynie aktywnością magnetyczną, naukowcy przeanalizowali wpływ zmiany czasu zaćmienia i cyklu aktywności magnetycznej gwiazdy podwójnej na żywo.

Układ KIC 10544976 składa się z białego karła, martwej mało masywnej gwiazdy o wysokiej temperaturze powierzchniowej, i czerwonego karła, aktywnej magnetycznie gwiazdy o małej, w porównaniu do Słońca, masie i niewielkiej jasności wynikającej z jego niskiej produkcji energii. Obie gwiazdy monitorowano za pomocą teleskopów naziemnych w latach 2005 – 2017 a za pomocą teleskopu Keplera w latach 2009 – 2013.

Korzystając z danych z Keplera, astronomowie byli w stanie oszacować cykl magnetyczny czerwonego karła w oparciu o tempo i energię rozbłysków oraz zmienność wywołaną plamami (obszar o niższej temperaturze powierzchniowej, a zatem pociemnienie spowodowane różnym skupieniem pola magnetycznego). 

Analiza danych wykazała, że cykl aktywności magnetycznej czerwonego karła trwał 600 dni, co jest zgodne z cyklami magnetycznymi oszacowanymi dla gwiazd pojedynczych o małej masie. Okres orbitalny układu podwójnego oszacowano na 17 lat.

„Całkowicie obala to hipotezę, że zmienność okresu orbitalnego wynika z aktywności magnetycznej. Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest obecność olbrzymiej planety krążącej wokół układu podwójnego, której masa wynosi 13 mas Jowisza” – powiedział Almeida.

Hipotezy formowania się planety

Sposób, w jaki powstała planeta krążąca wokół układu podwójnego, nie jest znany. Jedna z hipotez jest taka, że uformowała się ona w tym samym czasie, co obie gwiazdy, miliardy lat temu. Jeżeli tak, jest to planeta pierwszej generacji. Inna hipoteza mówi, że powstała z gazu wyrzuconego w trakcie śmierci białego karła, co czyni ją planetą drugiej generacji.

Potwierdzenie jej statusu jako planety pierwszej lub drugiej generacji i jej bezpośredniej detekcji gdy okrąża układ podwójny, można uzyskać za pomocą nowej generacji teleskopów naziemnych o zwierciadłach głównych mających średnicę ponad 20 metrów, w tym Giant Magellan Telescope (GMT) zainstalowany na pustyni Atacama w Chile. GMT ma ujrzeć pierwsze światło w 2024 r.

„Badamy 20 układów, w których ciała zewnętrzne mogą wykazywać efekty grawitacyjne, takie jak KIC 10544976, a większość można obserwować jedynie z półkuli południowej. GMT umożliwi nam bezpośrednie wykrywanie tych obiektów i uzyskanie ważnych odpowiedzi na pytania dotyczące powstawania i ewolucji tych egzotycznych środowisk, a także możliwości istnienia tam życia” – powiedział Almeida.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Astronomers find evidence of a planet with a mass almost 13 times that of Jupiter

Źródło: Agência FAPESP

Na zdjęciu: Wizja artystyczna układu KIC 10544976. Źródło: Leandro Almeida