Przejdź do treści

Szafiry i diamenty na niebie

img

Naukowcy z uniwersytetów w Zurychu i Cambridge odkryli nową, egzotyczną klasę planet poza Układem Słonecznym. Te super-Ziemie powstały w wysokich temperaturach blisko gwiazdy macierzystej i zawierają duże ilości wapnia, aluminium i ich tlenków – w tym szafiru i rubinu.

Dwadzieścia jeden lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Kasjopei, planeta o nazwie HD219134 b okrąży swoją gwiazdę raz na trzy dni (rok trwa na niej 3 dni). Mając masę prawie pięciu ziem, jest nazywana super-Ziemią. Jednak w przeciwieństwie do naszej planety, najprawdopodobniej nie ma ona masywnego żelaznego jądra, ale zamiast tego jest bogata w wapń i aluminium. HD219134 b jest jedną z trzech kandydatek, które prawdopodobnie należeć będą do nowej, egzotycznej klasy planet pozasłonecznych.

Naukowcy wykorzystują modele teoretyczne do badania formowania się planet i porównywania swoich wyników z danymi obserwacyjnymi. Wiadomo, że podczas formowania się, gwiazdy takie jak Słońce, były otoczone dyskiem gazu i pyłu, w którym rodziły się planety. Skaliste planety, takie jak Ziemia, powstały ze stałych ciał pozostałych po rozproszeniu protoplanetarnego dysku gazowego. Te bloki budowlane są skondensowane z mgławicy gazowej jako chłodzony dysk.

Ale są też rejony blisko gwiazdy, gdzie jest o wiele cieplej. Wiele pierwiastków wciąż znajduje się w gazowym stadium, a bloki planetarne mają zupełnie inny skład. W swoich modelach zespół badawczy obliczył, jak wyglądałaby planeta powstająca w tak gorącym regionie. Odkryli, że wapń i aluminium są głównymi składnikami obok magnezu i krzemu oraz że prawie brak w nich żelaza. Z tego powodu planety takie nie mogą posiadać pola magnetycznego, takiego jak Ziemia. A ponieważ struktura wewnętrzna jest tak różna, ich system chłodzenia i atmosfera będą się różnić od normalnych super-Ziemi. Zespół zatem mówi o nowej, egzotycznej klasie super-Ziem powstałej z kondensatów o wysokiej temperaturze.

Z obliczeń wynika, że planety mają od 10 do 20% mniejsze gęstości, niż Ziemia. Naukowcy przeanalizowali także inne egzoplanety o podobnie niskiej gęstości. Sprawdzili różne scenariusze, aby wyjaśnić zaobserwowane gęstości. Na przykład gruba atmosfera może prowadzić do obniżenia ogólnej gęstości. Ale dwie z badanych egzoplanet, 55 Cancri e i WASP-47 e, okrążają swoją gwiazdę tak blisko, że ich temperatura powierzchniowa wynosi prawie 3 000 stopni i dawno straciłyby tę gazową powłokę. Na HD219134 b jest mniej gorąco i sytuacja jest bardziej skomplikowana. Na pierwszy rzut oka niższą gęstość można wytłumaczyć głębokimi oceanami. Ale druga planeta krążąca wokół gwiazdy nieco dalej sprawia, że ten scenariusz jest mało prawdopodobny. Porównanie dwóch obiektów wykazało, że wewnętrzna planeta nie może zawierać więcej wody lub gazu niż zewnętrzna. Nadal nie jest jasne, czy oceany magmy mogą przyczynić się do niższej gęstości.

W ten sposób naukowcy znaleźli trzy kandydatki, które należą do nowej klasy super-Ziem z tą egzotyczną kompozycją. Korygują również wcześniejszy obraz super-Ziemi, 55 Cancri e, która w 2012 r. trafiła na nagłówki gazet jako „diament na niebie”. Wcześniej badacze zakładali, że planeta składa się głównie z węgla, ale na podstawie kolejnych obserwacji musieli odrzucić tę teorię.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Sapphires and Rubies in the Sky

Źródło: 
University of Zurich

Na zdjęciu: Ilustracja jednego z kandydatów na super-Ziemię, 55 Cnc e, które są bogate w szafiry i rubiny i mogą migotać w niebieskich i czerwonych barwach. Autor ilustracji: Thibaut Roger