Planeta zbyt duża dla swojej gwiazdy – nowe odkrycie astronomów

Astronomowie odkryli masywną planetę, ponad 13 razy cięższą od Ziemi, orbitującą wokół chłodnej, małej czerwonej gwiazdy, dziewięć razy mniej masywnej niż nasze Słońce.

Gwiazda, zwana gwiazdą M, jest nie tylko mniejsza od Słońca w ziemskim Układzie Słonecznym, ale także prawie 100 razy mniej jasna. Nie powinna mieć odpowiedniej ilości materiału w swoim dysku planetotwórczym, aby mogła się z niego utworzyć odkryta planeta znajdująca się na jej orbicie.

Badacze z Uniwersytetu Pensylwanii skonstruowali nowy instrument zdolny do wykrywania światła słabych, chłodnych gwiazd na długościach fal przekraczających czułość ludzkiego oka – w bliskiej podczerwieni – tam chłodne gwiazdy emitują większość swojego światła.

Przymocowany do 10-metrowego teleskopu Hobby-Eberly Telescope w zachodnim Teksasie, instrument, nazwany Habitable Zone Planet Finder, może mierzyć subtelne zmiany prędkości gwiazdy, gdy planeta grawitacyjnie na nią „naciska”. Technika ta, zwana techniką prędkości radialnych Dopplera, doskonale nadaje się do wykrywania egzoplanet. „Egzoplaneta” to połączenie słów extrasolar (pozasłoneczny) i planet (planeta), więc termin ten odnosi się do każdego ciała wielkości planety krążącego wokół gwiazdy, która nie jest Słońcem Ziemi.

Trzydzieści lat temu obserwacje prędkości radialnych Dopplera umożliwiły odkrycie 51 Pegasi b, pierwszej znanej egzoplanety krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca. W kolejnych dekadach astronomowie ulepszyli tę technikę. Coraz bardziej precyzyjne pomiary mogą umożliwić odkrycie planet skalistych w strefach zamieszkiwalnych, czyli regionach wokół gwiazd, w których na powierzchni planety może utrzymywać się woda w stanie ciekłym.

Technika dopplerowska nie ma jeszcze możliwości odkrywania planet strefy zamieszkiwalnej o masie Ziemi wokół gwiazd wielkości Słońca. Jednak chłodne i słabe gwiazdy typu M wykazują większą sygnaturę Dopplera dla planet wielkości Ziemi. Niższa masa gwiazdy prowadzi do tego, że planeta bardzo silnie oddziałuje na gwiazdę i może ją za sobą „ciągnąć”. Z kolei niższa jasność gwiazdy prowadzi do zbliżenia się do strefy zamieszkiwalnej i skrócenia orbity, co również ułatwia wykrycie planety.

Habitable Zone Planet Finder został stworzony do wykrywania planet krążących wokół mniejszych gwiazd. Nowe odkrycie, masywnej planety krążącej blisko chłodnej gwiazdy M LHS 3154 opublikowano w czasopiśmie Science.

Planety tworzą się w dyskach złożonych z gazu i pyłu. Dyski te przyciągają do siebie ziarna pyłu, które rosną w kamyki i ostatecznie łączą się, tworząc stałe jądro planety. Po uformowaniu rdzenia, planeta może grawitacyjnie wciągać stały pył, a także otaczający gaz, taki jak wodór i hel. Do tego celu potrzeba jednak dużej masy i materiałów. Ten sposób formowania planet nazywany jest akrecją jądra.

Gwiazda o niskiej masie jak LHS 3154, dziewięć razy mniej masywna niż Słońce, powinna mieć dysk formujący planety o odpowiednio niskiej masie. Typowy dysk wokół gwiazdy o tak niskiej masie nie powinien zawierać wystarczającej ilości materiałów stałych lub masy, aby móc utworzyć rdzeń wystarczająco ciężki by powstała planeta 13 razy cięższa od Ziemi. Na podstawie przeprowadzonych symulacji komputerowych, badacze doszli do wniosku, że taka planeta potrzebuje dysku co najmniej 10 razy bardziej masywnego niż zwykle zakłada się na podstawie bezpośrednich obserwacji dysków planetotwórczych.

Inna teoria powstawania planet – niestabilności grawitacyjnej – w której gaz i pył w dysku ulegają bezpośredniemu zapadnięciu, tworząc planetę, również nie jest w stanie wyjaśnić powstania takiej planety bez bardzo masywnego dysku planetotwórczego.

Chłodne, słabe gwiazdy typu M są najczęściej występującymi gwiazdami w naszej galaktyce. Dzięki odkryciom dokonanym za pomocą Habitable Zone Planet Finder i innych instrumentów, astronomowie wiedzą, że gigantyczne planety na orbitach wokół najbardziej masywnych gwiazd typu M są co najmniej 10 razy rzadsze niż te wokół gwiazd podobnych do Słońca. Żadna tak masywna planeta na bliskich orbitach wokół najmniej masywnych gwiazd typu M, nie była znana do czasu odkrycia LHS 3154b.

Zrozumienie, w jaki sposób planety formują się wokół naszych najchłodniejszych sąsiadów, pomoże zrozumieć zarówno to, jak planety formują się w ogóle, jak i to, w jaki sposób powstają i ewoluują skaliste światy wokół najczęściej spotykanych typów gwiazd. Ten kierunek badań może również pomóc astronomom zrozumieć, czy gwiazdy typu M są zdolne do podtrzymywania życia.

Emil Gołoś