Neočekivani divovski planet koji kruži oko sićušne zvijezde

Astronomi britanskog Sveučilišta Warwick i njihovi kolege s londonskog sveučilišta UCL otkrili su najmanju poznatu zvijezdu koja sadrži tranzitirajući divovski planet, koji ne bi trebao postojati prema vodećim teorijama o nastanku planeta.

Zvijezda TOI-6894 je, poput mnogih u našoj galaksiji, mali crveni patuljak i ima samo ~20% mase našeg Sunca. Kao i mnoge male zvijezde, ne očekuje se da će pružiti prikladne uvjete za formiranje i razvoj velikog planeta.

Međutim, kako je objavljeno u časopisu Nature Astronomy, globalna suradnja astronoma, uključujući partnere u Čileu, SAD-u i Europi, otkrila je nepogrešiv potpis divovskog planeta, nazvanog TOI-6894b, koji kruži oko ove sitne zvijezde.

Ovaj sustav otkriven je kao dio opsežnog istraživanja podataka TESS-a (Tranziting Exoplanet Survey Satellite), u potrazi za divovskim planetima oko zvijezda male mase, pod vodstvom dr. Edwarda Bryanta, koji je ovaj rad završio na Sveučilištu Warwick i u UCL-ovom Mullard Space Science Laboratoryju.

„Bio sam jako uzbuđen ovim otkrićem. Izvorno sam pretraživao TESS-ova opažanja više od 91 000 crvenih patuljaka male mase tražeći divovske planete“, rekao je Bryant, dobitnik nagrade Warwick Astrophysics Prize i prvi autor ove studije.

„Zatim sam, koristeći opažanja s jednim od najvećih svjetskih teleskopa, ESO-ovim VLT-om, otkrio TOI-6894b, divovski planet koji tranzitira zvijezdu s najmanjom masom za koju se do sada zna da sadrži takav planet. Nismo očekivali da će se planeti poput TOI-6894b moći formirati oko zvijezda ove male mase. Ovo otkriće bit će temelj za razumijevanje ekstrema formiranja divovskih planeta.“

Planet (TOI-6894b) je plinoviti div niske gustoće s radijusom nešto većim od Saturnovog, ali sa samo ~50% Saturnove mase. Zvijezda (TOI-6894) je zvijezda s najmanjom masom kod koje je do danas otkriven tranzitni divovski planet i samo je 60% veličine sljedeće najmanje zvijezde koja ugošćuje takav planet. 

Dr. Daniel Bayliss, izvanredni profesor na Sveučilištu Warwick, rekao je: „Većina zvijezda u našoj galaksiji zapravo su male zvijezde upravo poput ove, s malim masama i za koje se prije mislilo da ne mogu ugostiti plinovite divovske planete. Dakle, činjenica da ova zvijezda ugošćuje divovski planet ima velike implikacije na ukupan broj divovskih planeta za koje procjenjujemo da postoje u našoj galaksiji.“

Dr. Vincent Van Eylen iz Svemirskog znanstvenog laboratorija Mullard na Sveučilištu u Londonu (UCL) rekao je: „To je intrigantno otkriće. Zapravo ne razumijemo kako zvijezda s tako malom masom može formirati tako masivan planet! To je jedan od ciljeva potrage za više egzoplaneta. Pronalaženjem planetarnih sustava različitih od našeg Sunčevog sustava možemo testirati naše modele i bolje razumjeti kako je nastao naš vlastiti Sunčev sustav.“

Najraširenija teorija o formiranju planeta naziva se teorija akrecije jezgre. Planetarna jezgra se prvo formira akrecijom (postupnim nakupljanjem materijala) i kako jezgra postaje masivnija, ona na kraju privlači plinove koji tvore atmosferu. Zatim postaje dovoljno masivna da uđe u proces nekontrolirane akrecije plina i postane plinski div.

U ovoj teoriji, formiranje plinovitih divova teže je oko zvijezda male mase jer je količina plina i prašine u protoplanetarnom disku oko zvijezde (sirovina za formiranje planeta) preograničena da bi omogućila formiranje dovoljno masivne jezgre i odvijanje procesa bijega.

Ipak, postojanje TOI-6894b (divovskog planeta koji kruži oko zvijezde izuzetno male mase) sugerira da ovaj model ne može biti potpuno točan te da su potrebne alternativne teorije.

Dr. Edward Bryant dodao je: „S obzirom na masu planeta, TOI-6894b mogao je nastati kroz međuproces akrecije jezgre, u kojem se protoplanet formira i postupno akreira plin bez da jezgra postane dovoljno masivna za nekontroliranu akreciju plina.“

„Alternativno, mogla se formirati zbog gravitacijski nestabilnog diska. U nekim slučajevima, disk koji okružuje zvijezdu postat će nestabilan zbog gravitacijske sile koju ona vrši na sebe. Ti se diskovi tada mogu fragmentirati, a plin i prašina se urušavaju i formiraju planet.“

No tim je otkrio da nijedna teorija ne može u potpunosti objasniti formiranje TOI-6894b na temelju dostupnih podataka, što za sada ostavlja podrijetlo ovog divovskog planeta otvorenim pitanjem.

Jedan od načina da se rasvijetli misterij nastanka TOI-6894b je detaljna analiza atmosfere. Mjerenjem raspodjele materijala unutar planeta, astronomi mogu odrediti veličinu i strukturu jezgre planeta, što nam može reći je li TOI-6894b nastao akrecijom ili putem nestabilnog diska.

Ovo nije jedina zanimljiva značajka atmosfere TOI-6894b. Neobično je hladna za plinovitog diva. Većina plinovitih divova koje su pronašli lovci na egzoplanete su vrući Jupiteri, masivni plinoviti divovi s temperaturama od ~1000-2000 Kelvina. TOI-6894b, za usporedbu, ima samo 420 Kelvina. Hladna temperatura, uz druge značajke ovog planeta, poput vrlo dubokih tranzita, čini ga jednim od najperspektivnijih divovskih planeta za astronome koje bi mogli okarakterizirati hladnom atmosferom.

Profesor Amaury Triaud sa Sveučilišta u Birminghamu, koautor i član SPECULOOS kolaboracije, rekao je: „Na temelju zvjezdanog zračenja TOI-6894b, očekujemo da u atmosferi dominira kemija metana, koju je vrlo rijetko identificirati. Temperature su dovoljno niske da bi nam atmosferska promatranja mogla pokazati čak i amonijak, što bi bio prvi put da se nalazi u atmosferi egzoplaneta.“

Već je planirano da svemirski teleskop James Webb (JWST) u sljedećih 12 mjeseci promatra atmosferu TOI-6894b. To bi trebalo astronomima omogućiti da utvrde koja, ako ijedna, od mogućih teorija može objasniti nastanak ovog neočekivanog planeta.