Międzynarodowy zespół naukowców odkrył niezwykle lekką planetę krążącą wokół odległej gwiazdy w naszej Galaktyce.
Odkrycie to, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Astronomy 14 maja 2024 roku, stanowi obiecujący klucz do rozwiązania zagadki powstawania takich olbrzymich, superlekkich egzoplanet.
Nowo odkryta planeta WASP-193b to gazowy olbrzym, który jest około 50% większy od Jowisza, ale ma gęstość zaledwie 1/10 gęstości Jowisza. Oznacza to, że WASP-193b jest niezwykle lekka, o gęstości porównywalnej do gęstości waty cukrowej.
WASP-193b to druga najlżejsza odkryta do tej pory planeta, ustępująca tylko mniejszemu obiektowi – Kepler-51d, który jest podobny do Neptuna. Jednak znaczna wielkość WASP-193b w połączeniu z jej niezwykle niską gęstością sprawiają, że jest ona wyjątkowa wśród ponad 5400 egzoplanet odkrytych do tej pory.
Znalezienie tych gigantycznych obiektów o tak małej gęstości jest naprawdę, naprawdę rzadkie – powiedział autor badania i doktorant MIT Khalid Barkaoui. Istnieje klasa planet zwanych puszystymi jowiszami (super-Jowisz) i od 15 lat pozostaje tajemnicą, czym one są. A to skrajny przypadek tej klasy.
Nie wiemy, gdzie umieścić tę planetę we wszystkich teoriach powstawania, które obecnie posiadamy, ponieważ jest ona odstająca od nich wszystkich – dodał współautor pracy Francisco Pozuelos, starszy badacz w Instituto de Astrofísica de Andalucía–CSIC (Hiszpania). Nie potrafimy wyjaśnić, w jaki sposób powstała ta planeta, opierając się na klasycznych modelach ewolucji. Dokładniejsze przyjrzenie się jej atmosferze pozwoli nam uzyskać ścieżkę ewolucji tej planety.
Zbyt lekka
Nowa planeta została początkowo zauważona przez Wide Angle Search for Planets (WASP) – międzynarodową współpracę instytucji akademickich, które wspólnie obsługują dwa zrobotyzowane obserwatoria, jedno na półkuli północnej, a drugie na południowej. Każde obserwatorium wykorzystuje szereg kamer szerokokątnych do pomiaru jasności tysięcy pojedynczych gwiazd na całym niebie.
W latach 2006-2008 oraz 2011-2012 Obserwatorium WASP-South wykryło okresowe tranzyty lub spadki jasności WASP-193, gwiazdy podobnej do Słońca położonej 1232 lata świetlne od Ziemi. Astronomowie ustalili, że spadki jasności były spowodowane planetą krążącą wokół gwiazdy i blokującą jej światło co 6,25 dnia. Zmierzyli oni całkowitą ilość światła blokowanego przez planetę podczas każdego tranzytu, co pozwoliło im oszacować jej olbrzymie rozmiary.
Aby oszacować masę planety, astronomowie zazwyczaj wykorzystują pomiar prędkości radialnej – technikę, w której analizują widmo gwiazdy lub różne długości fal światła, gdy planeta okrąża gwiazdę. Widmo gwiazdy może być przesunięte w określony sposób w zależności od tego, co przyciąga gwiazdę, na przykład orbitująca planeta. Im bardziej masywna jest planeta i im bliżej gwiazdy się znajduje, tym bardziej jej widmo może ulec przesunięciu – zniekształceniu, które może dać naukowcom wyobrażenia o masie planety.
W przypadku WASP-193b astronomowie uzyskali dodatkowe widma gwiazdy o wysokiej rozdzielczości wykonane przez różne teleskopy naziemne i próbowali wykorzystać prędkość radialną do obliczenia masy planety. Próby te nie przyniosły jednak żadnych rezultatów – właśnie dlatego, że jak się okazało, planeta była zbyt lekka, by wywierać jakiekolwiek wykrywalne oddziaływanie na swoją gwiazdę.
Zazwyczaj duże planety są dość łatwe do wykrycia, ponieważ są zwykle masywne i powodują duże przyciąganie do swojej gwiazdy – wyjaśnił Julien de Wit, badacz MIT. Ale to, co było trudne w przypadku tej planety, to fakt, że chociaż jest duża – ogromna – jej masa i gęstość są tak niskie, że w rzeczywistości bardzo trudno było ją wykryć za pomocą samej techniki prędkości radialnych. To był interesujący zwrot akcji.
Jak wata cukrowa
Obliczenia potwierdzają, że WASP-193b ma masę około 0,14 razy większą niż Jowisz i gęstość 0,059 g/cm3, znacznie niższą niż Jowisz i Ziemia, ale podobną do waty cukrowej, której gęstość wynosi 0,05 g/cm3.
Zebranie wszystkich danych potrzebnych do ustalenia masy WASP-193b zajęło nam prawie cztery lata – powiedział Barkaoui. Planeta jest tak lekka, że trudno jest pomyśleć o analogicznym materiale w stanie stałym. Powodem, dla którego jest zbliżona do waty cukrowej, jest to, że obie są w większości wykonane z lekkich gazów, a nie ciał stałych. Planeta jest w zasadzie bardzo puszysta.
Naukowcy spekulują, że planeta składa się głównie z wodoru i helu, podobnie jak większość gazowych olbrzymów w naszej Galaktyce. W przypadku WASP-193b gazy te prawdopodobnie tworzą bardzo rozdętą atmosferę, która rozciąga się dziesiątki tysięcy kilometrów dalej niż atmosfera Jowisza. Mechanizm, dzięki któremu planeta może tak się rozszerzyć, zachowując jednocześnie swoją superlekką gęstość, pozostaje zagadką, na którą żadna z obecnych teorii formowania planet nie jest jeszcze w stanie odpowiedzieć.
WASP-193b to niezła zagadka – podsumował Barkaoui. Jej rozwiązanie będzie wymagało dalszych prac obserwacyjnych i teoretycznych, w szczególności zmierzenia jej właściwości atmosferycznych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i skonfrontowania ich z różnymi teoretycznymi mechanizmami, które mogą powodować tak ekstremalna inflację.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
IAC