Według naukowców odkrycie nadmiernie masywnej planety, zbyt dużej względem jej gwiazdy, kwestionuje dotychczasowe rozumienie procesów formowania planet i ich układów słonecznych.
W artykule opublikowanym 30 listopada 2023 roku w czasopiśmie „Science” naukowcy donoszą o odkryciu planety o masie ponad 13 razy większej od Ziemi, krążącej wokół skrajnie chłodnej gwiazdy LHS 3154, która jest dziewięć razy mniej masywna niż Słońce. Stosunek masy nowo odkrytej planety do jej gwiazdy macierzystej jest ponad 100 razy większy niż w przypadku Ziemi i Słońca.
Odkrycie ujawnia najbardziej masywną znaną egzoplanetę na bliskiej orbicie wokół skrajnie chłodnego czerwonego karła, który należy do klasy najmniej masywnych i najzimniejszych gwiazd we Wszechświecie. Odkrycie to kwestionuje obecne teorie dotyczące formowania się planet wokół małych gwiazd i stanowi pierwszy przypadek, gdy planeta o tak dużej masie została zaobserwowana wokół gwiazdy o tak małej masie.
To odkrycie pokazuje, jak niewiele wiemy o Wszechświecie – powiedział Suvrath Mahadevan, profesor astronomii i astrofizyki na Penn State University w College Station w Pensylwanii i współautor artykułu. Nie spodziewaliśmy się istnienia tak ciężkiej planety wokół gwiazdy o tak niskiej masie.
Gwiazdy powstają z dużych obłoków gazu i pyłu. Gaz i pył pozostają później jako dyski materii krążące wokół nowo narodzonej gwiazdy; ostatecznie mogą przekształcić się w planety.
Dysk protoplanetarny wokół małomasywnej gwiazdy LHS 3154 nie powinien mieć wystarczającej masy stałej, aby utworzyć tę planetę – powiedział Mahadevan. Ale ona tam jest, więc teraz musimy ponownie przeanalizować nasze rozumienie tego, jak powstają planety i gwiazdy.
Naukowcy zauważyli ponadwymiarową planetę, nazwaną LHS 3154b, za pomocą spektrografu astronomicznego HPF (Habitable Zone Planet Finder) zbudowanego na Penn State University przez zespół Mahadevana. Instrument ten został zaprojektowany do wykrywania planet krążących wokół najchłodniejszych gwiazd poza naszym Układem Słonecznym, na których powierzchniach może znajdować się woda w stanie ciekłym – kluczowy składnik życia.
Takie planety są bardzo trudne do wykrycia wokół gwiazd podobnych do naszego Słońca, ale niska temperatura skrajnie chłodnych gwiazd oznacza, że planety zdolne do posiadania na swojej powierzchni ciekłej wody znajdują się znacznie bliżej swojej gwiazdy w porównaniu do Ziemi i Słońca. Ta mniejsza odległość między planetami i ich gwiazdami, w połączeniu z niską masą skrajnie chłodnych gwiazd skutkuje wykrywalnym sygnałem zapowiadającym obecność planety – wyjaśnił Mahadevan.
Wyobraźcie sobie, że gwiazda jest ogniskiem. Im bardziej ogień się ochładza, tym bardziej musimy się do niego zbliżyć, aby się ogrzać – powiedział Mahadevan. To samo dotyczy planet. Jeżeli gwiazda jest chłodniejsza, to planeta musi się znajdować bliżej tej gwiazdy, jeżeli ma być wystarczająco ciepła, aby utrzymać ciekłą wodę. Jeżeli planeta ma wystarczająco bliską orbitę względem swojej skrajnie chłodnej gwiazdy, możemy ją wykryć, obserwując bardzo subtelną zmianę widma gwiazdy, gdy jest ona ciągnięta przez orbitującą planetę.
Obiekt taki jak ten, który odkryliśmy, jest prawdopodobnie niezwykle rzadki, więc wykrycie go było naprawdę ekscytujące – powiedziała Megan Delamer, studentka astronomii na Penn State University i współautorka artykułu. Nasze obecne teorie powstawania planet słabo uwzględniają to, co widzimy.
Jak mówi Delamer, W przypadku odkrytej masywnej planety krążącej wokół gwiazdy LHS 3254 ciężkie jądro planetarne wywnioskowane na podstawie pomiarów zespołu wymagałoby większej ilości stałego materiału w dysku protoplanetarnym niż przewidywałyby obecne modele. Odkrycie to rodzi również pytania dotyczące wcześniejszego rozumienia formowania się gwiazd. Stosunek masy do pyłu i pyłu do gazu w dysku otaczającym gwiazdy takie jak LSH 3154, gdy były one młode i dopiero co uformowane, musiałby być 10 razy wyższy niż zaobserwowany, aby uformować planetę o tak dużej masie, jak ta odkryta przez zespół.
Nasze odkrycie stanowi ekstremalny test dla wszystkich istniejących teorii powstawania planet – powiedział Mahadevan. Dokładnie po to zbudowaliśmy HPF: aby odkryć, w jaki sposób najczęstsze gwiazdy w naszej Galaktyce tworzą planety – i znaleźć te planety.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Discovery of planet too big for its sun throws off solar system formation models
- A Neptune-mass exoplanet in close orbit around a very low-mass star challenges formation models
Źródło: Penn State University
Na ilustracji: Wizja artystyczna możliwego widoku z planety LHS 3154b w stronę jej małomasywnej gwiazdy macierzystej. Źródło: Penn State / Penn State. CC
