Astronomowie poszukują planet krążących wokół brązowych karłów – obiektów, które nie są ani gwiazdami, ani planetami.
Brązowe karły to tajemnicze obiekty kosmiczne. Czy są to gwiazdy? Potrafią spalać deuter, a największe nawet lit! Nie są jednak na tyle masywne, by mogły przekształcić wodór w hel, więc nie są klasyfikowane jako gwiazdy. Jeżeli nie są gwiazdami, to czy są planetami? Ponownie: nie. Świecą własnym światłem, w przeciwieństwie do ich mniej masywnych odpowiedników – gazowych olbrzymów, które świecą światłem odbitym od własnej gwiazdy. Brązowe karły nie są zatem ani gwiazdami, ani planetami, ale własną klasą obiektów niebieskich.
Nie gwiazdy, ale wciąż nie gospodarze planet?
Historycznie rzecz biorąc, astronomowie i zwykli ludzie postrzegali gwiazdy jako gospodarzy planet. W rzeczywistości jednym z aspektów planety według definicji Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU) jest to, że planeta jest „na orbicie wokół Słońca”. Obecnie znamy wiele planet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce, ale naukowcy poszli o krok dalej: rozpoczęli poszukiwania planet krążących wokół brązowych karłów.
Badania wykazały, że częstość występowania krótkookresowych planet o rozmiarach superziemi wzrasta wraz ze zmniejszeniem się masy gwiazd; karły typu M mają około trzech razy więcej planet niż karły typu F. Ta odwrotna korelacja może trwać poza ciągiem głównym i w zakresie mas brązowego karła. Autorzy pracy opublikowanej 6 grudnia 2022 roku w „The Astrophysical Journal” poszukują dodatkowych planet krążących wokół brązowych karłów, aby dowiedzieć się więcej o tych fascynujących układach.
Autorzy pracy uzyskali 131 krzywych blasku brązowych karłów za pomocą instrumentu Mimir na 1,8-metrowym Teleskopie Perkinsa należącym do Uniwersytetu Bostońskiego. Następnie opracowali algorytm do wyszukiwania tranzytujących planet na ich krzywych blasku. Nazwali swoje poszukiwania PINES (Perkins INfrared Exosatellite Survey).
W wyniku tych poszukiwań znaleziono dwa brązowe karły z kandydatami na tranzyt. Pierwszy z nich – 2MASS J18212815+1414010 – jest znany jako zmienny brązowy karzeł, więc jest mało prawdopodobne, że wykryty sygnał pochodzi od planety tranzytującej.
Drugi kandydat na tranzyt jest jednak bardziej intrygujący. Autorzy wykryli potencjalną superziemię wokół 2MASS J08350622+1953050. Promień potencjalnej planety może być tak duży, jak 5,8 promienia Ziemi, jeżeli gospodarz jest stary. Brązowe karły kurczą się znacznie w miarę starzenia się i stygnięcia, więc oszacowanie promienia kandydata na planetę jest w dużej mierze zależne od wieku brązowego karła. Grawitacja powierzchniowa 2MASS J08350622+1953050 wskazuje, że brązowy karzeł ma ponad sto milionów lat, ale może mieć nawet dziesięć miliardów lat! Autorzy twierdzą, że bardziej prawdopodobne jest, że 2MASS J08350622+1953050 w pełni ściśnięty, ale nie mogą wykluczyć większych promieni planetarnych bez nałożenia mocniejszych ograniczeń na wiek brązowego karła.
Jak pokazuje ten zakres potencjalnego wieku i promieni planetarnych, bardzo niewiele wiadomo o 2MASS J08350622+1953050, więc autorzy musieli przeprowadzić różne testy, aby określić naturę sygnału. Przeprowadzili kontrole diagnostyczne, zbadali astrofizyczne fałszywe pozytywy, wykonali obserwacje uzupełniające i przeprowadzili symulacje Monte Carlo łańcucha Markowa.
Autorzy przeprowadzili również pewne testy, aby oszacować prawdopodobieństwo wykrycia planety o promieniu podobnym do oszacowanego dla kandydata na planetę 2MASS J08350622+1953050. Zakładając, że brązowe karły posiadają taką samą liczbę planet krótkookresowych jak karły typu M, autorzy obliczają 1% szans na wykrycie planety, jeżeli gospodarz jest stary, i 0,13% szans, jeżeli gospodarz jest młody. Wyniki te wskazują, że jest mało prawdopodobne, abyśmy wykryli planetę o tym promieniu z tymi 131 krzywymi blasku brązowych karłów – chyba że brązowe karły posiadają więcej planet krótkookresowych niż karły typu M. Wniosek ten potwierdza odwrotną korelację między częstością wystąpienia planet a masą gwiazd, co stanowi wyzwanie dla obecnych modeli formowania się planet i otwiera możliwość wykrycia dodatkowych światów krążących wokół naszych brązowych karłów.
Więcej planet wokół brązowych karłów w przyszłości
Autorzy kontynuują poszukiwania planet krążących wokół brązowych karłów. Ponieważ szukają pojedynczych zdarzeń tranzytowych, okresy tych planet są nieznane, a ich tranzytów nie można przewidzieć. To czyni je niekorzystnymi celami dla misji kosmicznych, takich jak HST czy JWST. Jednak badania naziemne, takie jak PINES, są idealne do znalezienia takich pojedynczych tranzytów.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Planets Around Not-Quite-Planets
- The Perkins INfrared Exosatellite Survey (PINES) II. Transit Candidates and Implications for Planet Occurrence around L and T Dwarfs
Źródło: AAS
Na ilustracji: Wizja artystyczna brązowego karła: ciało, które nie jest ani planetą. Źródło: NASA/JPL-Caltech
