Misja Kepler i jej druga edycja – K2 – odkryła tysiące egzoplanet. Wykrywała je wykorzystując metodę tranzytów, mierząc spadek natężenia światła za każdym razem, gdy orbitująca planeta poruszała się na tle tarczy gwiazdy macierzystej. Za pomocą tranzytu można nie tylko mierzyć okres orbitalny, ale także często określać rozmiar egzoplanety na podstawie szczegółowej głębokości i kształtu jej krzywej blasku oraz właściwości gwiazdy gospodarza. Metodą tranzytu nie można jednak zmierzyć masy planety. Metoda prędkości radialnej mierzy drgania gwiazdy macierzystej w wyniku przyciągania grawitacyjnego krążącej planety, co pozwala na pomiar jej masy. Znajomość promienia i masy planety pozwala określić jej średnią gęstość, a tym samym – wskazówki dotyczące jej składu.
Około 15 lat temu astronomowie zdali sobie sprawę, że w układach planetarnych z wieloma planetami okresowe grawitacyjne przyciąganie jednej planety ku drugiej zmienia ich parametry orbitalne. Chociaż metoda tranzytowa nie może bezpośrednio mierzyć mas egzoplanet, może wykryć te zmiany orbitalne, które można modelować w celu wnioskowania mas. Kepler zidentyfikował setki układów egzoplanet ze zmiennością czasu tranzytu, a dziesiątki z nich zostały pomyślnie zamodelowane. Co zaskakujące, procedura ta zdawała się znajdować przewagę egzoplanet o bardzo niskiej gęstości. Na przykład układ Kepler-9 wydaje się mieć dwie planety o gęstości odpowiednio 0,42 i 0,31 g/cm3 (dla porównania średnia gęstość skalistej Ziemi wynosi 5,51 g/cm3, z definicji gęstość wody to 1 g/cm3, a gazowy olbrzym Saturn ma gęstość 0,69 g/cm3). Te zastanawiające wyniki rzucają pewne wątpliwości na jedną lub więcej części metodologii zmiany czasu tranzytu i wzbudzają niepokój.
Astronomowie przetestowali niezawodność metody, mierząc gęstość układu Kepler-9 za pomocą metody prędkości radialnej. Jego dwie planety typu Saturna są wśród niewielkiej grupy egzoplanet, których masy można zmierzyć dowolną techniką. Użyli spektrometru HARPS-N, znajdującego się na Telescopio Nazionale Galileo na La Palmie, w 16 okresach obserwacyjnych; HARPS-N zazwyczaj mierzy zmiany prędkości z błędem zaledwie ok. 30 km/h. Ich wyniki potwierdzają bardzo niskie gęstości uzyskane metodą pomiaru czasu tranzytu i weryfikują moc metody zmiany tranzytu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej:
The Low Density of Some Exoplanets is Confirmed
HARPS-N radial velocities confirm the low densities of the Kepler-9 planets
Źródło: CfA
Na zdjęciu: Wizja artystyczna przedstawiająca układ gwiazdy Kepler-9 i dwóch jego planet. Źródło: NASA, Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, Ames Research Center.
