Wydłużona, wsteczna orbita egzoplanety zawiera wskazówki dotyczące historii formowania się i przyszłych trajektorii gorących jowiszów.
Astronomowie odkryli planetę, która ma najbardziej wydłużoną orbitę, jaką kiedykolwiek znaleziono wśród planet tranzytujących. Okrąża ona również swoją gwiazdę wstecz, co daje wgląd w tajemnicę tego, jak powstają, stabilizują się i ewoluują masywne planety gazowe, znane jako gorące jowisze.
Badania prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Pensylwanii (Penn State) zostały opublikowane 17 lipca 2024 roku w „Nature”.
Uchwyciliśmy tę masywną planetę wykonującą ostry zakręt podczas bliskiego przejścia wokół jej gwiazdy – powiedział Suvrath Mahadevan, profesor astronomii na Penn State i autor artykułu. Takie wysoce ekscentryczne planety tranzytujące są niezwykle rzadkie – i to naprawdę niesamowite, że udało nam się odkryć najbardziej ekscentryczną z nich.
Mahadevan wyjaśnił, że termin „ekscentryczna” odnosi się do kształtu orbity planety mierzonej w skali od zera do jednego – zero oznacza idealnie kołową orbitę. Omawiana egzoplaneta, nazwana TIC 241249530, ma mimośród orbity wynoszący 0,94, co czyni ją bardziej ekscentryczną niż orbita jakiejkolwiek innej znanej tranzytującej egzoplanety. Dla porównania: silnie eliptyczna orbita Plutona wokół Słońca ma mimośród 0,25, a mimośród Ziemi wynosi 0,02. Mahadevan wyjaśnił, że tak ekstremalna orbita spowodowałaby wahania temperatur na planecie od letniego dnia w najdalszym punkcie jej orbity do niezwykle wysokich w momencie największego zbliżenia.
Jego zespół odkrył również, że krąży ona wstecz, czyli w kierunku przeciwnym do rotacji swojej gwiazdy macierzystej. Nie jest to coś, co astronomowie obserwują u większości innych egzoplanet ani w naszym własnym Układzie Słonecznym, co pomaga w interpretacji historii formowania się egzoplanet.
Chociaż nie możemy „przewinąć wstecz” i obserwować procesu migracji planet w czasie rzeczywistym, ta egzoplaneta służy jako swego rodzaju migawka procesu migracji – powiedział Arvind Gupta z NOIRLab i główny autor artykułu. Planety takie jak ta są trudne do znalezienia – i mamy nadzieję, że pomoże nam ona rozwikłać historię formowania się gorących jowiszów.
Obecnie istnieje ponad 5600 potwierdzonych egzoplanet w nieco ponad 4000 układów gwiazdowych. W tej populacji około 300–500 egzoplanet należy do ciekawej klasy znanej jako gorące jowisze – duże, podobne do Jowisza egzoplanety, które krążą bardzo blisko swojej gwiazdy, znacznie bliżej niż Merkury od Słońca. To, w jaki sposób gorące jowisze trafiają na tak bliskie orbity, jest tajemnicą, ale astronomowie podejrzewają, że zaczynają one na orbitach daleko od swojej gwiazdy, a następnie z czasem migrują do wewnątrz. Wczesne etapy tego procesu rzadko były obserwowane, ale dzięki nowej analizie egzoplanety o nietypowej orbicie astronomowie są o krok bliżej rozwiązania zagadki gorących jowiszów.
Astronomowie od ponad dwóch dekad poszukują egzoplanet, które prawdopodobnie są prekursorami gorących Jowiszów lub pośrednimi produktami procesu migracji, więc byłem bardzo zaskoczony – i podekscytowany – znalezieniem jednej z nich – powiedział Gupta.
Naukowcy po raz pierwszy wykryli planetę w styczniu 2020 roku za pomocą satelity TESS, który ujawnił spadek jasności gwiazdy zgodny z pojedynczą planetą wielkości Jowisza przechodzącą przed gwiazdą. Aby potwierdzić naturę tych wahań, zespół astronomów wykorzystał dwa instrumenty na 3,5-metrowym teleskopie WIYN w Narodowym Obserwatorium Kitt Peak (KPNO) w Arizonie.
Zespół najpierw wykorzystał instrument NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager (NESSI) w technice, która pomaga „zamrozić” migotanie atmosferyczne, co wykazało, że w pobliżu nie było żadnych obcych gwiazd, które mogłyby zmylić pomiary TESS. Następnie, korzystając ze spektrografów Habitable-zone Planet Finder (HPF) i NEID, zespół zaobserwował, jak widmo TIC 241249530, czyli długość fal emitowanego przez nią światła, zmieniło się w wyniku orbitowania wokół niej egzoplanety.
To bardzo ekscytujące widzieć, jak NEID nam pomógł w ciągu zaledwie kilku lat działalności – powiedziała Andrea Lin, współautorka artykułu i doktorantka na Penn State, która pomogła zbudować i uruchomić spektrogra. Dopiero zaczynamy i nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, co możemy osiągnąć w przyszłości.
Szczegółowa analiza zmian prędkości gwiazd podczas sześciomiesięcznego okresu orbitalnego planety potwierdziła, że egzoplaneta jest około pięciu razy masywniejsza od Jowisza i krąży po niezwykle ekscentrycznej orbicie.
To najbardziej ekscentryczna znana planeta tranzytująca – i okaże się równie ważna jak poprzednia rekordzistka, HD80606b, która również ma dziwaczną orbitę, wysoce niedopasowaną do obrotu gwiazdy macierzystej – powiedział Jason Wright, profesor astronomii i astrofizyki na Penn State, który nadzorował projekt, gdy Gupta był doktorantem na tej uczelni. Te dwie wysoce ekscentryczne planety zostały „przyłapane na gorącym uczynku” ewolucji w kierunku statusu gorącego jowisza. Podobnie jak HD80606b, omawiana planeta ma masę wielokrotnie większą od masy Jowisza, co sugeruje, że ten kanał formowania gorących jowiszów może być kanałem, z którego mogą korzystać tylko najbardziej masywne planety.
Łącznie te dwa przykłady potwierdzają obserwacyjnie koncepcję, że gazowe olbrzymy o wyższej masie ewoluują, aby stać się gorącymi jowiszami, gdy migrują z wysoce ekscentrycznych orbit w kierunku ciemniejszych, bardziej kołowych orbit.
Jesteśmy szczególnie zainteresowani tym, czego możemy się dowiedzieć o dynamice atmosfery tej planety po tym, jak wykona ona jedno ze swoich niezwykle bliskich podejść do swojej gwiazdy – powiedział Wright. Teleskopy takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) mają odpowiednią czułość, aby badać zmiany w atmosferze tej nowo odkrytej egzoplanety, gdy ulega ona gwałtownemu nagrzaniu, więc nasz zespół wciąż może dowiedzieć się znacznie więcej o tej egzoplanecie.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Exoplanet caught in ‘hairpin turn’ signals how high-mass gas giants form
- A hot-Jupiter progenitor on a super-eccentric retrograde orbit
Źródło: Penn State University
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca egzoplanetę podobną do Jowisza, która jest na dobrej drodze, aby stać się gorącym jowiszem. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)
