Przejdź do treści

Pory roku na planecie pozasłonecznej

Gorące Jowisze to masywne, gazowe światy takie jak Jowisz, które krążą bardzo blisko swoich macierzystych gwiazd. W najnowszej pracy zespół badawczy z McGill przedstawia nowy wgląd w to, jak wyglądają pory roku na gorącym Jowiszu XO-3b. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Wyobraźmy sobie, że znajdujemy się w miejscu, w którym wiatr wieje tak silnie, że porusza się z prędkością dźwięku. To tylko jeden z ciekawych aspektów atmosfery XO-3b, jednej z egzoplanet znanych jako gorące Jowisze. Ekscentryczna orbita planety prowadzi też do zmian okresowych setki razy silniejszych niż te, których doświadczamy na Ziemi.

W najnowszej publikacji uczeni z McGill przedstawiają nowy sposób postrzegania pór roku na planetach spoza Układu Słonecznego. Sugerują również, że wydłużona orbita, ekstremalnie wysokie temperatury powierzchni (wynoszące ponad 2000 stopni C, czyli na tyle dużo, aby topić i odparowywać skały) i charakterystyczna „puchatość” XO-3b ujawniają dawną historię planety. Odkrycia te mogą przyczynić się do postępu w naukowym pojmowaniu procesów formowania się i ewolucji egzoplanet oraz nadać nowy wymiar badaniom planet obecnych w naszym układzie.

Gorące Jowisze to masywne, gazowe światy podobne do Jowisza, ale krążące znacznie bliżej swoich macierzystych gwiazd niż Merkury wokół Słońca. Choć nie występują one w Układzie Słonecznym, wydają się bardzo powszechne w całej Galaktyce. Są też prawdopodobnie najlepiej zbadanym typem egzoplanet, choć wciąż pozostaje wiele pytań związanych z ich powstawaniem. Czy mogą istnieć podklasy gorących Jowiszów o różnych historiach formowania się? Przykładowo, czy planety te formują się daleko od swoich gwiazd macierzystych, tam, gdzie jest wystarczająco zimno, aby cząsteczki takie jak woda mogły stać się ciałem stałym? Czy może raczej rodzą się znacznie bliżej swoich gwiazd? Pierwszy scenariusz pasuje lepiej do teorii opisującej powstawanie planet w naszym Układzie Słonecznym, ale nie do końca wiadomo, co mogłoby skłonić tego typu planety do późniejszej migracji na orbity położone znacznie bliżej gwiazd macierzystych.

Uzyskanie odpowiedzi wymaga dalszych obserwacji i analiz. Autorzy omawianych badań wykorzystali dane z emerytowanego już Kosmicznego Teleskopu Spitzera, by przyjrzeć się z bliska atmosferze egzoplanety XO-3b. Dostrzegli tam silne zmiany pór i zmierzyli prędkości wiatru na planecie. Okazała się bardzo wysoka.

Planeta jest niezwykle interesującym przypadkiem dla badań dynamiki atmosfery i ewolucji wnętrz planet, ponieważ przypada na pośredni reżim masy planety, tam, gdzie procesy normalnie zaniedbywane dla mniej masywnych gorących Jowiszów mogą już wchodzić w grę – wyjaśnia Lisa Dang, pierwsza autorka pracy opublikowanej niedawno w The Astronomical Journal, doktorantka na Wydziale Fizyki Uniwersytetu McGill. W przeciwieństwie do większości znanych gorących Jowiszów XO-3b ma silnie wydłużoną orbitę. To sugeruje, że niedawno migrowała w kierunku gwiazdy macierzystej. Jeśli faktycznie tak było, to ostatecznie osiądzie wokół niej na bardziej kołowej [zbliżonej do okręgu] orbicie.

Ekscentryczna orbita planety prowadzi do wahań sezonowych setki razy silniejszych niż te, których doświadczamy na Ziemi. Nicolas Cowan, profesor z McGill, uważa, że planeta otrzymuje trzy razy więcej energii, gdy znajduje się blisko swojej gwiazdy podczas swojego krótkiego lata, niż gdy jest daleko od gwiazdy – w aphelium. Pozostaje nam cieszyć się, że to samo nie ma miejsca w przypadku Ziemi, a jej odległość od Słońca w zasadzie nie wpływa na pory roku.

Naukowcy ponownie oszacowali również masę i promień planety. Stwierdzili, że planeta jest zaskakująco „rozdęta” lub „puchata”. Sugerują, że może to być wynikiem jej silnego ogrzewania przez resztki fuzji jądrowej. Innymi słowy, jej wnętrze może być szczególnie energetyczne. Obserwacje wykonane Teleskopem Spitzera dowodzą z kolei, że planeta wytwarza duże ilości własnego ciepła, ponieważ nadwyżka jej emisji termalnej nie jest związana z porami roku – obserwuje się ją przez cały rok na XO-3b.

Ten nadmiar ciepła może pochodzić z wnętrza planety, gdzie jest generowany poprzez proces zwany ogrzewaniem pływowym: siła grawitacji gwiazdy działająca na planetę znacząco oscyluje, gdy podłużna orbita przenosi ją raz dalej, a raz znacznie bliżej gwiazdy. Wynikające z tego zmiany ciśnienia we wnętrzu globu wytwarzają wówczas ciepło.

Podsumowując, ten niezwykły gorący Jowisz jest dobrą okazją do testowania pomysłów na to, jakie procesy formowania mogą być przyczyną pewnych cech tego typu egzoplanet. Na przykład można postawić pytanie, czy ogrzewanie pływowe działające na innych gorących Jowiszach może być również oznaką ich niedawnej migracji na bliższe orbity? XO-3b sama w sobie nie rozwiąże może wszystkich zagadek, ale stanowi ważne laboratorium testowe dla różnych hipotez.
 

Czytaj więcej:


Źródło: Phys.org

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
 

Na ilustracji: Gorące Jowisze to masywne, gazowe światy krążące bardzo blisko swoich macierzystych gwiazd. W najnowszej pracy zespół badawczy z McGill przedstawia nowy wgląd w to, jak wyglądają pory roku na gorącym Jowiszu XO-3b. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Reklama