Astronomowie zdezorientowani co do „planety, która nie powinna istnieć”

Poszukiwania planet poza Układem Słonecznym – egzoplanet – to jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin astronomii. W ciągu ostatnich kilku dekad odkryto ponad 5000 egzoplanet, a obecnie astronomowie szacują, że średnio na każdą gwiazdę w naszej galaktyce przypada co najmniej jedna planeta.

Wiele z obecnych wysiłków badawczych ma na celu odkrycie planet podobnych do Ziemi, nadających się do życia. Wysiłki te skupiają się na tak zwanych gwiazdach „ciągu głównego”, takich jak nasze Słońce — gwiazdach, które są zasilane przez fuzję atomów wodoru w hel w swoich jądrach i pozostają stabilne przez miliardy lat. Ponad 90% wszystkich znanych dotychczas egzoplanet zostało odkrytych wokół gwiazd ciągu głównego.

Jako część międzynarodowego zespołu astronomów badaliśmy gwiazdę bardzo podobną do naszego Słońca przez miliardy lat i odkryliśmy, że zawiera ona planetę, która według wszelkich praw powinna była ją pożreć. W badania Opublikowane dzisiaj w Nature, przedstawiamy tajemnicę istnienia tej planety – i sugerujemy kilka możliwych rozwiązań.

Spojrzenie w naszą przyszłość: czerwone olbrzymy

Podobnie jak ludzie, gwiazdy ulegają zmianom wraz z wiekiem. Gdy gwiazda zużyje cały wodór w jądrze, rdzeń gwiazdy kurczy się, a zewnętrzna powłoka rozszerza się, gdy gwiazda się ochładza.

Na tym etapie ewolucji „czerwonego olbrzyma” gwiazdy mogą urosnąć ponad 100 razy w stosunku do pierwotnego rozmiaru. Kiedy to stanie się z naszym Słońcem, za około 5 miliardów lat, spodziewamy się, że urosnie ono tak duże, że pochłonie Merkurego, Wenus i być może Ziemię.

W końcu jądro nagrzewa się na tyle, że gwiazda może rozpocząć topienie helu. W tym momencie gwiazda skurczyła się do około 10-krotności swojego pierwotnego rozmiaru i nadal pali się stabilnie przez dziesiątki milionów lat.

Znamy setki planet krążących wokół czerwonych olbrzymów. Jeden z nich to tzw 8 Orsay Minoris urplaneta o masie Jowisza na orbicie, która utrzymuje ją w odległości połowy swojej gwiazdy od Ziemi od Słońca.

Planeta została odkryta w 2015 roku przez zespół koreańskich astronomów przy użyciu techniki „chybotania Dopplera”, która mierzy siłę grawitacji planety na gwiazdę. W 2019 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna zdubbingowany Gwiazda Baekdu i planeta Halla, po najwyższych górach Półwyspu Koreańskiego.

Planety nie powinno tam być

Analiza nowych danych o Baekdu zebranych przez satelitę NASA Transiting Exoplanet Survey (on-kozaTeleskop kosmiczny dokonał zaskakującego odkrycia. W przeciwieństwie do innych czerwonych olbrzymów, u których znaleźliśmy egzoplanety macierzyste na bliskich orbitach, Picdu już zaczął wtapiać hel w swoje jądro.

za pomocą technik Nauka o rtęci, która bada fale w gwiazdach, możemy określić materię, którą pali gwiazda. W przypadku Baekdu częstotliwości fal jednoznacznie wskazywały, że zaczyna spalać hel w swoim jądrze.

Odkrycie było zastanawiające: jeśli Baekdu spalał hel, to w przeszłości musiał być znacznie większy – powinien był połknąć planetę Halla. Jak możemy przetrwać rozwiązanie?

Jak to często bywa w badaniach naukowych, pierwszym krokiem było wykluczenie najbardziej trywialnego wyjaśnienia: że Halla tak naprawdę nie istnieje.

W rzeczywistości niektóre z pozornych detekcji planet krążących wokół czerwonych olbrzymów przy użyciu techniki chybotliwego Dopplera okazały się później iluzją. Tworzą ją długotrwałe różnice w zachowaniu tej samej gwiazdy.

Jednak dalsze obserwacje wykluczyły taki fałszywie pozytywny scenariusz dla Halli. Sygnał Dopplera Baekdu pozostawał stabilny przez ostatnie 13 lat, a uważne badanie innych wskaźników nie ujawniło żadnego innego możliwego wyjaśnienia tego sygnału. Hala jest prawdziwa – co sprowadza nas z powrotem do pytania, w jaki sposób przetrwała zanurzenie.

Dwie gwiazdy stają się jedną: możliwy scenariusz przetrwania

Po potwierdzeniu istnienia planety wymyśliliśmy dwa scenariusze, które mogłyby wyjaśnić sytuację, którą obserwujemy w przypadku Baekdu i Halli.

Co najmniej połowa wszystkich gwiazd w naszej galaktyce nie powstała w izolacji, jak nasze Słońce, ale jest częścią układów podwójnych. Jeśli Baekdu był kiedyś gwiazdą podwójną, Halla mogła nigdy nie stanąć w obliczu niebezpieczeństwa połknięcia.

Połączenie tych dwóch gwiazd mogło uniemożliwić którejkolwiek z gwiazd rozszerzenie się do rozmiarów wystarczająco dużych, by połknąć planetę Halla. Gdyby gwiazda sama stała się czerwonym olbrzymem, pochłonęłaby Hallę – jednak gdyby połączyła się z gwiazdą towarzyszącą, wskoczyłaby prosto w fazę spalania helu, nigdy nie stając się wystarczająco duża, by dotrzeć do planety.

Alternatywnie, Halla może być stosunkowo młodą planetą. Gwałtowne zderzenie dwóch gwiazd mogło wytworzyć obłok gazu i pyłu, z którego mogła uformować się planeta. Innymi słowy, Halla może być nowo narodzoną planetą „drugiej generacji”.

Niezależnie od tego, która interpretacja jest poprawna, odkrycie pobliskiej planety krążącej wokół płonącego helem czerwonego olbrzyma pokazuje, że natura znajduje sposoby na pojawienie się egzoplanet w miejscach, w których najmniej się ich spodziewamy.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać Oryginalny artykuł.