Przejdź do treści

LTT 9779b – planeta o nieprawdopodobnej naturze

Wizja artystyczna ultra gorącego Neptuna.

Międzynarodowy zespół astronomów odkrył pierwszą planetę typu ultra gorący Neptun, która krąży wokół pobliskiej gwiazdy LTT 9779.

Wspominana egzoplaneta krąży tak blisko swojej gwiazdy, że jej rok trwa zaledwie 19 ziemskich godzin, co oznacza, że promieniowanie gwiazdowe ogrzewa jej powierzchnię do ponad 1700o C.

W tych temperaturach ciężkie pierwiastki, takie jak żelazo, mogą ulegać jonizacji w atmosferze, a cząsteczki dysocjacji, co zapewnia wyjątkowe laboratorium do badań chemii planet poza Układem Słonecznym.

Chociaż planeta waży dwa razy więcej niż Neptun, jest również nieco większa i ma podobną gęstość. Dlatego LTT 9779b powinna mieć ogromne jądro o masie ok. 28 mas Ziemi i atmosferę stanowiącą około 9% całkowitej masy planety.

Sam układ ma mniej więcej połowę wieku naszego Układu Słonecznego, 2 mld lat, a biorąc pod uwagę intensywne napromieniowanie, planeta podobna do Neptuna nie powinna utrzymywać swojej atmosfery przez tak długi czas. Stanowi to intrygującą zagadkę do rozwiązania: w jaki sposób powstał tak nieprawdopodobny układ?

LTT 9779 to podobna do Słońca gwiazda znajdująca się w odległości 260 lat świetlnych, z astronomicznego punktu widzenia – rzut kamieniem. Jest bardzo bogata w metale, a jej atmosfera zawiera dwa razy więcej żelaza niż Słońce. Może to być kluczowy wskaźnik, że planeta pierwotnie była znacznie większym gazowym olbrzymem, ponieważ ciała te preferencyjnie tworzą się w pobliżu gwiazd o największej zawartości żelaza.

Wstępne wskazówki dotyczące istnienia planety uzyskano dzięki satelicie TESS w ramach jej misji odkrywania małych planet tranzytowych okrążających pobliskie i jasne gwiazdy na całym niebie. Takie tranzyty można znaleźć, gdy planeta przechodzi bezpośrednio przed swoją gwiazdą macierzystą, blokując część jej światła, a ilość zablokowanego światła ujawnia rozmiar obiektu towarzyszącego.

Sygnał tranzytowy został szybko potwierdzony na początku 2018 roku jako pochodzący od ciała o masie planetarnej, na podstawie obserwacji wykonanych za pomocą instrumentu High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher (HARPS), zamontowanego na 3,6-metrowym teleskopie w Obserwatorium ESO w La Silla. HARPS wykorzystuje metodę drgania Dopplera do pomiaru mas planet i charakterystyk orbitalnych, takich jak ich okres. Gdy wykryje się, że obiekty się przemieszczają, można zorganizować pomiary dopplerowskie, aby spróbować skutecznie potwierdzić naturę planet. W przypadku LTT 9779b zespołowi udało się potwierdzić jej obecność już po tygodniu obserwacji.

Profesor James Jenkins z Wydziału Astronomii na Universidad de Chile, który kierował zespołem, powiedział: „Odkrycie LTT 9779b na tak wczesnym etapie misji TESS było całkowitym zaskoczeniem, to ryzykowny krok, który się opłacił. Większość zdarzeń tranzytowych z okresami krótszymi niż jeden dzień to tzw. błąd pierwszego rodzaju (false positives), zwykle podwójne zaćmieniowe gwiazdy tła.”

LTT 9779b jest faktycznie rzadkim obiektem, istniejącym w słabo zaludnionym regionie przestrzeni planetarnej. Znajduje się na tak zwanej pustyni Neptunowej, regionie pozbawionym podobnej populacji planet. Chociaż lodowe olbrzymy wydają się być dość powszechnym produktem ubocznym procesu formowania się planet, nie dzieje się to zbyt blisko ich gwiazd macierzystych. Naukowcy uważają, że planety te zostają pozbawione atmosfery w kosmicznym czasie, kończąc jako tak zwane planety o bardzo krótkim okresie orbitalnym.

Obliczenia dr. Georga Kinga z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Warwick potwierdziły, że LTT 9779b powinna zostać pozbawiona atmosfery w procesie zwanym fotoodparowaniem. Intensywne promieniowanie rentgenowskie i UV pochodzące od młodej gwiazdy macierzystej podgrzały górną warstwę atmosfery planety i powinny były rozdmuchać jej gazy w kosmos. Z drugiej strony obliczenia dr. Kinga wykazały, że nie było wystarczającej ilości nagrzewania rentgenowskiego, aby LTT 9779b mogła wystartować jako znacznie masywniejszy gazowy olbrzym. Efektem odparowania fotoelektrycznego powinna być albo naga skała, albo gazowy olbrzym. Jest inaczej, dlatego astronomowie muszą wyjaśnić historię tej planety.

Jak zauważył prof. Jenkins: „Modele struktur planetarnych mówią nam, że planeta jest światem zdominowanym przez olbrzymie jądro, ale co najważniejsze, powinien istnieć gaz atmosferyczny o masie dwóch-trzech mas Ziemi. Ale jeżeli gwiazda jest tak stara, dlaczego w ogóle atmosfera istnieje? Cóż, gdyby LTT 9779b rozpoczęła swoje życie jako gazowy olbrzym, to proces wylewu z powierzchni Roche’a mógłby przenieść znaczące ilości gazu atmosferycznego na gwiazdę.”

Proces wylewu z powierzchni Roche'a to proces, w którym planeta zbliża się tak bardzo do swojej gwiazdy, że jej silniejsza grawitacja może przechwycić zewnętrzne warstwy planety, powodując jej przeniesienie się na gwiazdę, a tym samym znaczne zmniejszenie masy planety. Modele przewidują wyniki podobne do tych z układu LTT 9779, ale również wymagają dopracowania.

Możliwe też, że LTT 9779b dotarła na swoją obecną orbitę dość późno, a więc nie miała dość czasu na pozbycie się atmosfery. Zderzenia z innymi planetami w układzie mogły wyrzucić ją do wewnątrz w kierunku gwiazdy. Jest to tak wyjątkowy i rzadki świat, więc bardziej egzotyczne scenariusze mogą być wiarygodne.

Planeta wydaje się posiadać znaczącą atmosferę i krąży wokół stosunkowo jasnej gwiazdy, dlatego też przyszłe badania atmosfery planetarnej mogą odkryć niektóre z tajemnic związanych z tym, jak takie planety powstają, jak ewoluują a także szczegóły tego, z czego są zbudowane. Jenkins podsumował: „Planeta jest bardzo gorąca, co motywuje do poszukiwania pierwiastków cięższych od wodoru i helu, a także zjonizowanych jąder atomowych. To otrzeźwiające myślenie, że ta „nieprawdopodobna planeta” jest prawdopodobnie tak rzadka, że nie znajdziemy innego podobnego laboratorium do szczegółowych badań natury ultra gorących Neptunów. Dlatego musimy wydobyć z tego nieoszlifowanego diamentu jak najwięcej wiedzy, obserwując go w nadchodzących latach zarówno przy pomocy instrumentów kosmicznych jak i naziemnych.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
The first Ultra Hot Neptune LTT 9779b is one of nature’s improbable planets

An ultrahot Neptune in the Neptune desert

Źródło: University of Warwick

Na ilustracji: Wizja artystyczna ultra gorącego Neptuna. Źródło: Ricardo Ramirez