Niedawne odkrycie bliźniaczych planet może pomóc rozwiązać zagadkę nadętych planet

Od kiedy astronomowie siedemnaście lat temu po raz pierwszy zmierzyli wielkość planety pozasłonecznej, starali się odpowiedzieć na pytanie: w jaki sposób największe planety stały się tak duże?

Dzięki ostatniemu odkryciu bliźniaczych planet, dokonanemu przez zespół z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Hawajskiego, którym kierował student Samuel Grunblatt, naukowcy zbliżają się do poznania odpowiedzi na to pytanie.

Gazowe olbrzymy zbudowane są głównie z wodoru i helu i mają średnicę co najmniej 4 Ziem. Planety te orbitują wyjątkowo blisko swoich gwiazd macierzystych i znane są jako „gorące Jowisze”. Mają masy zbliżone do Jowisza i Saturna, jednak wydają się być znacznie większe – niektóre z nich są nadmuchane do rozmiarów nawet większych, niż najmniejsze gwiazdy. 

Niezwykle duże rozmiary tych planet są prawdopodobnie związane z ciepłem płynącym do i z atmosfery, a zostało opracowanych kilka teorii, w celu wyjaśnienia tego procesu. Ponieważ nie mamy milionów lat, aby zobaczyć, jak rozwija się dany układ planetarny, teorie inflacji planet byłyby trudne do udowodnienia bądź obalenia. 

Aby rozwiązać ten problem, Grunblatt przeszukał dane zebrane przez misję Kepler 2, polując na gorące Jowisze krążące wokół czerwonych olbrzymów. Gwiazdy te, znajdujące się na późnym etapie swojego życia, same stają się znacznie większe w ciągu życia towarzyszących im planet. Zgodnie z teorią wysuniętą przez Erica Lopeza z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA, gorące Jowisze krążące wokół czerwonych olbrzymów powinny być bardzo nadęte, jeżeli bezpośrednim źródłem energii z macierzystej gwiazdy jest dominujący proces nadmuchiwania planet.

Poszukiwanie ujawniło dwie planety, z których każda krąży wokół macierzystej gwiazdy z okresem około 10 dni. Używając oscylacji gwiazdowych do dokładnego obliczenia promienia zarówno gwiazdy jak i planety, zespół odkrył, że planety są o 30% większe od Jowisza.

Obserwacje z wykorzystaniem teleskopów Kecka na Maunakea na Hawajach pokazały również, że pomimo dużych rozmiarów, planety miały tylko połowę masy Jowisza. Są one niemal bliźniacze, jeżeli wziąć pod uwagę ich okres orbitalny, promień i masę. 

Używając modeli do śledzenia ewolucji planet i gwiazd na przestrzeni czasu, zespół obliczył efektywność planet w absorbowaniu ciepła z gwiazdy i przenoszeniu go głęboko do swojego wnętrza, co powoduje, że cała planeta zwiększa swój rozmiar oraz zmniejsza swoją gęstość. Ich odkrycia pokazują, że planety te prawdopodobnie potrzebowały zwiększonego promieniowania pochodzącego od czerwonego olbrzyma, aby się nadmuchać, jednak ilość pochłanianego promieniowania była również niższa, niż oczekiwano.

Ryzykiem jest próba uzyskania mocnych wniosków, mając zaledwie dwa przykłady. Jednak wyniki te zaczynają wykluczać pewne wyjaśnienia dotyczące inflacji planety i są zgodne ze scenariuszem, w którym to planety są bezpośrednio nadmuchiwane przez ciepło z gwiazd macierzystych. Dowody naukowe zdają się sugerować, że to samo promieniowanie gwiezdne może bezpośrednio zmieniać wielkość i gęstość planety.

Nasze Słońce w końcu także stanie się czerwonym olbrzymem, więc ważne jest określenie wpływu, jaki jego ewolucja będzie miała na resztę Układu Słonecznego. „Badanie, w jaki sposób ewolucja gwiazdy wpływa na planety, jest nową granicą, zarówno w innych układach planetarnych jak i w naszym. Mając lepsze wyobrażenie o tym, jak planety reagują na te zmiany, możemy zacząć określać, w jaki sposób ewolucja Słońca wpłynie na atmosferę, oceany i życie tutaj, na Ziemi” – powiedział Grunblatt.

Poszukiwania gazowych olbrzymów krążących wokół czerwonych olbrzymów trwają, ponieważ dodatkowe układy mogłyby jednoznacznie odróżnić scenariusz inflacji planety. Grunblatt i jego zespół zostali nagrodzeni czasem na Kosmicznym Teleskopie Spitzera, aby dokładniej zmierzyć rozmiary tych bliźniaczych planet. Ponadto poszukiwanie planet krążących wokół czerwonych olbrzymów przez misję K2 będzie kontynuowane co najmniej przez kolejny rok, a Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), który NASA ma wystrzelić w 2018 roku, będzie obserwował setki tysięcy czerwonych olbrzymów na całym niebie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Newly Discovered Twin Planets Could Solve Puffy Planet Mystery

Źródło: Obserwatorium Kecka

Na zdjęciu: (Po lewej, u góry) Schemat układu K2-132. (Po lewej, u dołu) Gwiazda macierzysta stała się bardziej czerwona i większa, bardziej promieniująca planetę i powodująca jej ekspansję. (Obraz główny) Gazowy gigant K2-132b rozszerza się, gdy jego macierzysta gwiazda zmienia się w czerwonego olbrzyma. Planeta krąży wokół gwiazdy oddalonej o 2000 lat świetlnych od nas w konstelacji Panny.