Przestrzeń jest brudna. Czasami łamie zasady.
Dwie nowe planety, TOI-791 b i c, właśnie rozwiały wszelkie oczekiwania dotyczące tego, jak mógłby wyglądać gigantyczny świat. To „super puch” – nie tylko przewiewny, ale też niesamowicie lekki. Są mniej gęste niż waciki sprzedawane na targach państwowych.
Odkryli je międzynarodowi naukowcy pod przewodnictwem Uniwersytetu Oksfordzkiego. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. To nie jest kolejna egzoplaneta. To element układanki, który wydaje się nie pasować do obrazu, który zbudowaliśmy.
Gęstość jest po prostu absurdalna
Weźmy Jowisza jako bazę. To król gazowych gigantów. Jego średnia gęstość wynosi 1,33 g/cm3. Gęsty, skompresowany, ciężki.
TOI-791b? 0,038 g/cm3.
TOI-791c? 0,047 g/cm3.
Ziemia? 5,5 g/cm3. Kamień.
Wacik? Około 0,05 g/cm3.
Planety te są lżejsze niż cukier wirowany w chmury. Są wielkości Jowisza, ale zawierają tylko niewielką część jego masy. Gdyby Jowisz był kulą do kręgli, te dwie planety byłyby nadmuchiwanymi piłkami plażowymi wypełnionymi helem. Jak to się stało? Fizyka mówi, że materia ulega kondensacji. Grawitacja przyciąga. Ale tutaj skrzep ledwo się trzyma.
Gwiazda, którą krążą, to karzeł F7. Znajduje się 1110 lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Coma Berenices (Volans), południowym konstelacji, którego prawdopodobnie nie będzie widać z twojego podwórka.
Rzadki wspólny taniec
Większość układów jednoplanetarnych jest nudna. Przynajmniej tak myśleliśmy.
TOI-791 ma dwa z nich. I oba są super puszyste.
Tylko cztery inne znane systemy mają więcej niż jedną znaną planetę. Ta rzadkość sprawia, że TOI-791 to prawdziwy klejnot. To naturalne laboratorium. Planety powstały z tego samego dysku pyłowego. Są siostrami. Ale nie tylko rozproszyli się na boki. Uchwycone są w rezonansie średnich ruchów 5:3.
Uświadom sobie to.
Na każde pięć obrotów planety wewnętrznej planeta zewnętrzna wykonuje dokładnie trzy. Ich grawitacja przyciąga się nawzajem. To grawitacyjny uścisk dłoni powtarzany od milionów lat. To przyciąganie wpływa na czas przejścia planet przez dysk gwiazdy. Przecinają twarz gwiazdy nie w czasie, ale z przesunięciem. Trochę wcześniej. Trochę później.
Ta chybotliwa trajektoria pokazała astronomom, jak ciężkie są te planety. Pomimo ogromnych rozmiarów są praktycznie nieważkie.
Naukowcy-obywatele i antarktyczne zimno
Kto je odkrył?
Wolontariusze.
Poprzez projekt Planet Hunters TESS. To nie są doktoranci ślęczący nad kodem. To zwykli ludzie skanujący dane z misji kosmicznej NASA TESS (Transiting Exoplanet Satellite Survey). Widzieli porażki. Cienie. W 2019 r. i ponownie w 2023 r.
Potem włączyli się profesjonaliści. Teleskopy na całym świecie. Przetwarzanie danych. Obliczanie masy. Potwierdzenie gęstości.
Ale kluczowy punkt? Lód.
Teleskop ASTEP. Znajduje się na stacji Concordia na Antarktydzie.
Dlaczego Antarktyda? Bo zimą słońce tam nie wschodzi. Tydzień. Albo miesiąc. Ciągła ciemność. Nie ma światła dziennego, które mogłoby zepsuć obserwację. To jest konieczne. Aby zarejestrować tranzyt trwający 11 kolejnych godzin. Potrzebne jest nieprzerwane oko skierowane ku niebu.
Były to najdłuższe ciągłe obserwacje naziemne tranzytów, jakie kiedykolwiek zarejestrowano. Przejście planet przed gwiazdą trwało ponad pół dnia. A dzięki antarktycznej zimie astronomowie nie zmrużyli oka.
Dlaczego są takie puszyste?
Jeszcze nie wiemy.
To jest szczera odpowiedź. Naukowcy spekulują.
Hipoteza pierwsza: Ogromne atmosfery. Powłoki wodoru i helu są tak gęste, że nadmuchują planetę. Rdzeń może być mały. Gaz zajmuje miejsce. Rozszerza się, aż… coś go zatrzyma? Powaga? Ciśnienie termiczne?
Hipoteza druga: Powstały daleko. Na zimnie. Daleko od ciepła gwiazdy. Gaz szybko się ochłodził. Nagromadzone wokół rdzenia. Stworzono lekką powłokę zewnętrzną. A może potem migrowali do wewnątrz? A może zostali tam, gdzie byli?
„Znana jest tylko niewielka liczba tych superfutrzanych planet, a jeszcze rzadziej można znaleźć dwie w tym samym układzie.”
— Dr George Dransfield, Uniwersytet Oksfordzki
Niska gęstość jest tajemnicą. Jeśli składają się głównie z gazu, dlaczego grawitacja ich nie miażdży? Dlaczego skorupa jest taka rzadka?
Co stanie się dalej?
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.
To jest następny krok. Główny brytyjski badacz projektu ASTEP, profesor Amaury Triot, chce studiować chemię. Węgiel. Azot. Tlen.
Jeśli czytasz ślad atmosferyczny, możesz prześledzić historię. Skąd wzięły się materiały? Jaka była temperatura podczas formowania? Czy wyparowały? Czy nadal są nienaruszone?
Profesor Tristan Gio widzi szerszą perspektywę. Układy wieloplanetarne. Długoterminowe interakcje. Ewolucja na przestrzeni dziesięcioleci. To wymaga pracy zespołowej. Antarktyda. Teleskopy kosmiczne. Obserwatoria na innych kontynentach. Wszystko jest połączone w jedną sieć.
Bez tej współpracy prawda pozostaje ukryta w ciemności.
Patrzymy na duchy. Gigantyczne, wypełnione gazem duchy, które według naszych modeli nie powinny istnieć. Ignorują prawa gęstości. Ignorują prostotę. To super puszyste planety.
A my dopiero zaczynamy je rozumieć.
