Przejdź do treści

Szukając brakujących światów, Hubble znajduje szybko znikającą planetę

nep

Rybacy byliby zdziwieni, gdyby łowili jedynie duże i małe ryby, ale niewiele tych średniej wielkości. Astronomowie również byli zakłopotani odkrywając planety pozasłoneczne. Znaleźli gorące planety rozmiarów Jowisza i gorące super-ziemie (planety nie większe, niż 1,5 średnicy Ziemi). Planety te są gorące, ponieważ krążą bardzo blisko swoich macierzystych gwiazd. Ale tak zwane „gorące Neptuny”, których atmosfera jest podgrzewana do prawie 1000 oC, były znacznie trudniejsze do znalezienia. W rzeczywistości do tej pory znaleziono zaledwie garstkę gorących Neptunów.

W rzeczywistości większość planet pozasłonecznych jest zaledwie „ciepła”, ponieważ krążą one dalej od swoich gwiazd, niż te w regionie, w którym astronomowie spodziewają się znaleźć gorące Neptuny. Tajemniczy deficyt gorących Neptunów sugeruje, że takie obce światy są rzadkością lub że były kiedyś powszechne, ale od tego czasu zniknęły.

Kilka lat temu naukowcy korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkryli, że jeden z najcieplejszych znanych Neptunów (GJ 436b) traci swoją atmosferę. Planeta nie powinna wyparować, ale cieplejsze Neptuny mogły nie mieć tyle szczęścia.

Teraz astronomowie użyli teleskopu Hubble’a, aby złapać drugiego „bardzo ciepłego” Neptuna (GJ 3470b), który traci swoją atmosferę w tempie 100 razy szybszym, niż (GJ 436b). Obie planety znajdują się w odległości około 6 mln km od swoich gwiazd. To 1/10 odległości pomiędzy Słońcem a Merkurym (najbardziej wewnętrzna planeta Układu Słonecznego). 

Podobnie jak w przypadku wcześniej odkrytych parujących planet, intensywne promieniowanie gwiazdy ogrzewa atmosferę do momentu, w którym ucieka ona przed przyciąganiem grawitacyjnym planety. Jednym z powodów, dla których GJ 3470b może parować szybciej, niż GJ 436b jest to, że nie jest ona tak gęsta, więc jest mniej zdolna do grawitacyjnego utrzymania gorącej atmosfery.

Co więcej, gwiazda macierzysta GJ 3470b ma zaledwie 2 mld lat a ta, którą okrąża GJ 436b jest w wieku pomiędzy 4 a 8 mld lat. Młodsza gwiazda jest bardziej energetyczna, więc bardziej bombarduje promieniowaniem swoją planetę, niż starsza promieniuje w GJ 436b. Obie gwiazdy są czerwonymi karłami, które są mniejsze, niż nasze Słońce i żyjące dłużej, niż ono.

Odkrycie dwóch parujących, ciepłych Neptunów wzmacnia pogląd, że gorętsza wersja tych odległych światów może być klasą planet przejściowych, których ostatecznym przeznaczeniem jest zmniejszenie się do najbardziej powszechnego typu znanych egzoplanet, mini-Neptunów – planet o ciężkich, zdominowanych przez wodór atmosferach, większych od Ziemi ale mniejszych od Neptuna. Ostatecznie, planety te mogą zmniejszać się jeszcze bardziej, aby stać się super-ziemiami, masywniejszym, skalistymi  wersjami Ziemi.

Naukowcy wykorzystali spektrograf obrazowania teleskopu Hubble’a w celu wykrycia promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od wodoru w olbrzymim kokonie otaczającym planetę, która przechodzi na tle tarczy swojej gwiazdy. Ten kokon wodoru odfiltrowuje część światła gwiazdy. Wyniki te są interpretowane jako dowód na to, że atmosfera planety ulatuje w kosmos.

Zespół szacuje, że planeta straciła aż 35% materii w ciągu swojego życia, ponieważ prawdopodobnie szybciej traciła masę, gdy czerwony karzeł był młodszy i emitował jeszcze więcej promieniowania. Jeżeli planeta nadal będzie szybko tracić materię, zmniejszy się do rozmiarów mini-Neptuna w ciągu kilku milionów lat.

Wodór prawdopodobnie nie jest jedynym pierwiastkiem wyparowującym z planety. Naukowcy planują użyć Hubble’a do polowania na pierwiastki cięższe, niż wodór i hel, które połączyły się z wodorem, aby uciec z planety. Uważają oni, że wodór może przenosić cięższe pierwiastki, takie jak węgiel, który znajduje się głębiej w atmosferze, w górę i na zewnątrz w kosmos.

Obserwacje te są częścią przeglądu Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury (PanCET), programu Hubble’a, w ramach którego astronomowie przyjrzą się 20 egzoplanetom, głównie gorącym Jowiszom, w pierwszym badaniu porównawczym na wielką skalę odległych światów w ultrafiolecie, świetle widzialnym oraz podczerwieni.

Obserwowanie parowania tych dwóch ciepłych Neptunów jest zachęcające, ale członkowie zespołu wiedzą, że muszą dowiedzieć się więcej, aby potwierdzić przewidywania. Niestety, być może nie istnieją inne planety tej klasy znajdujące się wystarczająco blisko Ziemi, aby można było je obserwować. Problem polega na tym, że wodoru nie można wykryć w ciepłych Neptunach w odległości większej, niż 150 lat świetlnych od Ziemi, ponieważ jest zasłonięty przez gaz międzygwiazdowy. GJ 3470b znajduje się w odległości 97 lat świetlnych od nas. 

Hel także jest pierwiastkiem uciekającym z atmosfery gorącego Neptuna. Astronomowie mogliby wykorzystać Hubble’a a w przyszłości także Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do poszukiwania w podczerwieni promieniowania helu, ponieważ nie jest on blokowany przez materię międzygwiazdową.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
In Search of Missing Worlds, Hubble Finds a Fast Evaporating Exoplanet

Źródło: hubblesite

Na zdjęciu: Wizja artystyczna gazu wypływającego z GJ 3470b. Źródło: NASA, ESA oraz D. Player (STScI)