Przejdź do treści

Odkryto pierwszą planetę krążącą wokół białego karła

WD 1856 b , potencjalna planeta wielkości Jowisza okrążająca swoją znacznie mniejszą gwiazdę macierzystą, słabego białego karła.

Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z satelity TESS i teleskopu Spitzera poinformował, że być może znaleziono pierwszą planetę blisko orbitującą wokół białego karła, gęstej pozostałości po gwieździe podobnej do Słońca, ok. 40% większej od Ziemi.

Obiekt wielkości Jowisza, nazwany WD 1856 b, jest około siedem razy większy niż biały karzeł, nazwany WD 1856+534. Okrąża ten gwiezdny żużel w czasie 34 godziny, ponad 60 razy szybciej niż Merkury Słońce.

Jakimś sposobem WD 1856 b udało się zbliżyć znacznie do białego karła i przetrwać. Proces tworzenia białego karła niszczy pobliskie planety, a wszystko, co później zbliży się za bardzo, jest zwykle rozrywane na strzępy przez potężną grawitację gwiazdy. Nadal pozostaje wiele pytań dotyczących tego, w jaki sposób WD 1856 b dotarła do obecnego miejsca i przetrwała.

TESS monitoruje duże obszary nieba, zwane sektorami, przez blisko miesiąc. Tak długie przypatrywanie się pozwala satelicie znaleźć egzoplanety, czyli światy poza naszym Układem Słonecznym, dzięki uchwyceniu zmian jasności gwiazd wywołanych tranzytem planet przed ich tarczą.

TESS zaobserwował WD 1856 b w odległości około 80 lat świetlnych od nas, w konstelacji nieba północnego Smok. Planeta krąży wokół chłodnego, cichego, białego karła, który ma około 18 000 km średnicy, może mieć nawet 10 mld lat i jest odległym członkiem układu potrójnego gwiazd.

Kiedy gwieździe podobnej do Słońca zabraknie paliwa, pęcznieje setki do tysięcy razy w stosunku do pierwotnego rozmiaru, tworząc chłodniejszego czerwonego olbrzyma. Ostatecznie wyrzuca zewnętrzne warstwy gazu, tracąc około 80% swojej masy. Pozostałe po niej gorące jądro staje się białym karłem. Wszelkie pobliskie obiekty są zwykle pochłaniane i spalane podczas tego procesu, który w tym układzie obejmowałby WD 1856 b na jego obecnej orbicie. Andrew Vanderburg, asystent profesora astronomii na Uniwersytecie Wisconsin-Madison i jego koledzy szacują, że możliwa planeta musiała powstać co najmniej 50 razy dalej od swojego obecnego położenia.

„Od dawna wiemy, że po narodzinach białych karłów odległe małe obiekty, takie jak asteroidy i komety, mogą rozproszyć się do wewnątrz w kierunku tych gwiazd. Zwykle są rozrywane przez silną grawitację białego karła i zmieniają się w dysk szczątków. Dlatego byłem tak podekscytowany, kiedy Andrew powiedział mi o tym układzie. Widzieliśmy wskazówki, że planety również mogą rozpraszać się do wewnątrz, ale wydaje się, że po raz pierwszy widzieliśmy planetę, która wyglądała na taką, co przetrwała całą podróż” – mówi współautor Siyi Xu, asystent astronoma z międzynarodowego Obserwatorium Gemini w Hilo na Hawajach.

Zespół sugeruje kilka scenariuszy, które mogły skierować WD 1856 b na eliptyczną orbitę wokół białego karła. Trajektoria ta z czasem stałaby się bardziej kołowa, gdy grawitacja gwiazdy rozciągnęła by obiekt, tworząc ogromne przypływy, które rozpraszały jego energię orbitalną.

„Najbardziej prawdopodobny przypadek dotyczy kilku innych ciał wielkości Jowisza w pobliżu orbity WD 1856 b. Grawitacyjny wpływ tak dużych obiektów może łatwo doprowadzić do niestabilności, której potrzeba, aby wrzucić planetę do wewnątrz. Ale w tym momencie nadal mamy więcej teorii niż punktów danych” – powiedziała współautorka badania Juliette Becker z CalTech.

Inne możliwe scenariusze obejmują stopniowe przyciąganie grawitacyjne dwóch innych gwiazd w układzie, czerwonych karłów G229-20 A i B, trwające przez miliardy lat oraz przelot zbuntowanej gwiazdy zakłócający układ. Zespół Vanderburga uważa, że te i inne wyjaśnienia są mniej prawdopodobne, ponieważ wymagają precyzyjnie dostrojonych warunków, aby osiągnąć takie same efekty, jak potencjalne olbrzymie planety towarzyszące.

Obiekty rozmiarów Jowisza mogą zajmować olbrzymi zakres mas, od planet zaledwie kilka razy masywniejszych od Ziemi po małomasywne gwiazdy tysiące razy masywniejsze od Ziemi. Inne to brązowe karły, które znajdują się na granicy pomiędzy planetą a gwiazdą. Zwykle naukowcy w celu pomiaru masy obiektu zwracają się do obserwacji prędkości radialnych, co może wskazywać na jego skład i naturę. Metoda ta polega na badaniu, w jaki sposób orbitujący obiekt „przeciąga” swoją gwiazdę i zmienia barwę jej światła. Ale w tym przypadku biały karzeł jest tak stary, że jego światło stało się zarówno zbyt słabe jak i pozbawione cech charakterystycznych, aby naukowcy mogli wykryć zauważalne zmiany.

Zamiast tego zespół obserwował układ w podczerwieni za pomocą teleskopu Spitzer, zaledwie kilka miesięcy przed wycofaniem go z eksploatacji. Gdyby WD 1856 b był brązowym karłem lub gwiazdą o małej masie, emitowałby własną poświatę w podczerwieni. Oznacza to, że Spitzer zarejestrowałby jaśniejszy tranzyt, niż gdyby obiekt był planetą, która raczej blokuje, niż emituje światło. Kiedy naukowcy porównali dane ze Spitzera z tranzytem w świetle widzialnym wykonanym za pomocą Gran Telescopio Canarias na Wyspach Kanaryjskich, nie dostrzegli żadnej zauważalnej różnicy. To w połączeniu z wiekiem gwiazdy i innymi informacjami o układzie, doprowadziło ich do wniosku, że WD 1856 b jest najprawdopodobniej planetą nie większą niż 14 Jowiszów. Przyszłe badania i obserwacje mogą potwierdzić ten wniosek.

Znalezienie ewentualnego świata blisko białego karła skłoniło współautorkę badania Lisę Kaltenegger, Vanderburga i innych do rozważenia implikacji dla badania atmosfer małych skalistych światów w podobnych sytuacjach. Załóżmy na przykład, że planeta wielkości Ziemi znajdowałaby się w takim zakresie odległości orbitalnych wokół WD 1856, gdzie na powierzchni mogłaby istnieć woda. Korzystając z symulacji obserwacji, naukowcy pokazują, że przyszły teleskop Jamesa Webba może wykryć wodę i dwutlenek węgla na hipotetycznym świecie, obserwując zaledwie pięć jego tranzytów.

„Jeszcze bardziej imponujące jest to, że Webb mógł wykryć kombinacje gazów potencjalnie wskazujące na aktywność biologiczną na takim świecie na podstawie zaledwie 25 tranzytów. WD 1856 b sugeruje, że planety mogą przetrwać chaotyczne historie białych karłów. W odpowiednich warunkach światy te mogłyby utrzymać warunki sprzyjające życiu dłużej, niż przewiduje to skala czasu dla Ziemi. Teraz możemy odkryć wiele nowych intrygujących możliwości dla światów krążących wokół tych martwych jąder gwiazd” – mówi Kaltenegger, dyrektor Instytutu Carla Sagana w Cornell.

Obecnie nie ma dowodów sugerujących, że w układzie istnieją inne światy, ale możliwe jest, że istnieją dodatkowe planety i nie zostały jeszcze wykryte. Mogą mieć orbity przekraczające czas, w jakim TESS obserwuje sektor, lub są nachylone względem obserwatora w taki sposób, że tranzyty nie występują. Także biały karzeł jest tak mały, że prawdopodobieństwo uchwycenia tranzytów planet znajdujących się dalej w układzie jest bardzo niskie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
NASA Missions Spy First Possible ‘Survivor’ Planet Hugging White Dwarf Star

The White Dwarf Opportunity: Robust Detections of Molecules in Earth-like Exoplanet Atmospheres with the James Webb Space Telescope

Źródło: NASA

Na ilustracji: WD 1856 b , potencjalna planeta wielkości Jowisza okrążająca swoją znacznie mniejszą gwiazdę macierzystą, słabego białego karła. Źródło: NASA’s Goddard Space Flight Center