Zaraz, planety mogą być lżejsze od waty cukrowej?
Muszę wam powiedzieć o czymś, co dosłownie zwaliło mnie z nóg tego tygodnia. Astronomowie odkryli dwie planety w kosmosie, które są — przygotujcie się — mniej gęste niż watka cukrowa. Tak, dobrze czytacie. Gdzieś tam, w gwiazdozbiorze Ryby Latającej, krążą światy bardziej puszyste od słodkości sprzedawanych na festynach.
Badania prowadził zespół z Uniwersytetu Oksfordzkiego we współpracy z naukowcami z Francji i Wielkiej Brytanii. Szczerze? To chyba jedno z najfajniejszych odkryć kosmicznych od dłuższego czasu.
Poznajcie TOI-791 b i TOI-791 c
O co właściwie chodzi? Te dwie planety krążą wokół gwiazdy oddalonej od Ziemi o około 1110 lat świetlnych. Mają mniej więcej wielkość Jowisza — jednej z największych planet w naszym Układzie Słonecznym. Ale tu zaczyna się prawdziwa jazda.
Jowisz jest masywny. Jego gęstość wynosi około 1,33 grama na centymetr sześcienny. Solidny, ciężki, planetarny. Teraz porównajcie to z nowymi odkrytymi planetami: jedna ma gęstość zaledwie 0,038 grama na centymetr sześcienny, a druga 0,047. Czyli Jowisz jest mniej więcej 28 do 35 razy gęstszy od tych bliźniaczych watowych kul.
Dla orientacji — sama watka cukrowa ma gęstość około 0,05 grama na centymetr sześcienny. Gdybyście więc mogli umieścić kawałek festiwalowej waty w kosmosie, technicznie rzecz biorąc, byłaby gęstsza niż te całe planety. Nieprawdopodobne, prawda?
Obywatele-naukowcy, którzy je wypatrzyli
Uwielbiam tę część historii: zwykli ludzie pomogli w odkryciu tych planet. Projekt Planet Hunters TESS — inicjatywa obywatelskiej nauki, gdzie wolontariusze przeglądają dane z teleskopów kosmicznych — jako pierwsi zwrócili uwagę na te światy w 2019 i 2023 roku. To pokazuje, że nie trzeba mieć doktoratu, żeby przyczyniać się do prawdziwych odkryć astronomicznych. Jak bardzo to fajne?
Dane pochodziły z satelity NASA o nazwie TESS, który obserwuje gwiazdy pod kątem niewielkich spadków jasności mogących wskazywać na przejście planety na tle tarczy. Kiedy takie spadki pojawiły się w układzie TOI-791, naukowcy wiedzieli, że natrafili na coś interesującego.
Dlaczego Antarktyka była kluczowa
A tu jest szczegół, który mnie fascynuje: część odkrycia stała się możliwa dzięki obserwacjom z Antarktyki. konkretnie teleskop ASTEP na Stacji Concordia przez lata monitorował ten układ.
Dlaczego Antarktyka? Planety potrzebują ponad 11 godzin na tranzyt przez swoją gwiazdę — 11 godzin! To niesamowicie długo jak na obserwację tranzytową. Większość teleskopów naziemnych nie jest w stanie obserwować czegoś tak długo bez przerw spowodowanych światłem dziennym czy warunkami pogodowymi. Ale Antarktyka ma miesiące ciągłej ciemności podczas zimy. Naukowcy mogli literalnie obserwować przejście tych planet przez gwiazdę przez wiele godzin bez przerwy. Zgodnie z publikacją, to najdłuższe ciągłe obserwacje tranzytów planet wykonane z powierzchni Ziemi.
To oddanie. Antarktyczni astronomowie znoszą brutalne warunki tylko po to, żeby popatrzeć na planety przepływające obok. Muszę szanować taki poziom zaangażowania w naukę.
Tańczą wokół siebie
Te planety nie krążą sobie niezależnie — są ze sobą splecione grawitacyjnie. Dokładniej mówiąc, znajdują się w tak zwanej rezonansie średniego ruchu 5:3. Co to znaczy w prostym języku? Na każde pięć okrążeń wewnętrznej planety, zewnętrzna wykonuje ich niemal dokładnie trzy. Ciągną się nawzajem podczas drogi wokół gwiazdy, a te grawitacyjne szarpnięcia tworzą niewielkie zmiany w czasie każdego tranzytu.
Naukowcy zmierzyli te minimalne przesunięcia czasowe, żeby określić masy planet. To niezwykle sprytne — jak słuchanie dwóch muzyków grających lekko poza rytmem i wykorzystywanie tej informacji do określenia, gdzie każdy z nich stoi.
Jak w ogóle powstaje taka lekka planeta?
A tutaj zaczyna się prawdziwa zagadka. Jak do cholery uzyskuje się całą planetę mniej gęstą od waty cukrowej?
Wiodąca teoria mówi, że te planety mają ogromne atmosfery zbudowane głównie z wodoru i helu. Wyobraźcie to sobie tak: macie niewielkie skalne jądro, ale wokół niego rozciąga się ta masywna, puszysta otoczka gazowa. Gaz zajmuje mnóstwo miejsca, ale nie dodaje dużo masy, co skutkuje zaskakująco niską gęstością całości.
Naukowcy sądzą, że te nadmuchane atmosfery mogą się formować, gdy planety znajdują się znacznie dalej od gwiazdy, w zimniejszych regionach dysku protoplanetarnego — wirującego obłoku gazu i pyłu otaczającego młode gwiazdy. W tych mroźnych zewnętrznych rejonach gaz może znacznie łatwiej gromadzić się wokół skalnego jądra.
Problem polega na tym, że te planety wydają się być teraz znacznie bliżej swojej gwiazdy niż tam, gdzie prawdopodobnie powstały. Coś musiało je z czasem przyciągnąć do środka. Ale co? To właśnie ta zagadka, którą naukowcy wciąż próbują rozwiązać.
Istnieje tylko garstka
Żeby pokazać, jak rzadkie są te super-puszyste planety: zaledwie cztery inne układy planetarne w całym wszechświecie zawierają wiele super-puszystych planet. Cztery! Wśród miliardów gwiazd, te układy można policzyć na palcach jednej ręki. Dlatego znalezienie dwóch razem w układzie TOI-791 to taka wielka sprawa — wyjątkowa okazja do zbadania, jak te niezwykłe światy się formują i ewoluują.
Doktor George Dransfield z Oksfordu ujął to trafnie: „Znamy tylko garstkę tych super-puszystych planet, a znalezienie dwóch w jednym układzie jest jeszcze rzadsze. Ich niezwykle niska gęstość czyni je fascynującymi celami do zrozumienia, jak formują się i ewoluują układy planetarne."
Co dalej?
Zespół chce skierować Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba na te światy, żeby zobaczyć, co kryje się w ich atmosferach. Mają nadzieję wykryć związki węgla, azotu i tlenu, które mogą ujawnić wskazówki dotyczące pochodzenia i składu tych planet.
Nie wiem jak wy, ale ja naprawdę nie mogę się doczekać, co odkryją. Wszechświat wciąż zaskakuje nas światami, które nie zachowują się tak, jak się spodziewamy. I szczerze? Dlatego astronomia jest tak ekscytująca. Za każdym razem, gdy myślimy, że rozumiemy, jak działają planety, pojawia się coś takiego i przypomina nam, ile jeszcze mamy do nauczenia się.
Więc wznieśmy toast za puszyste planety — watowe olbrzymy krążące wokół odległej gwiazdy, lata świetlne od czegokolwiek, co łatwo wyjaśnić. Trzymajcie się tak, TOI-791 b i c. Jesteście dziwni i kochamy was za to.