Niepozorny czerwony karzeł z ogromnymi pierścieniami. Tam może kryć się egzoplaneta

Analizując na przestrzenie trzech ostatnich dekad tysiące układów planetarnych w naszej galaktyce astronomowie napotykali nie tylko na różnego rodzaje egzoplanety i gwiazdy, ale także na obiekty w różnym wieku i na różnych etapach ewolucji. Nie da się w trakcie jednego ludzkiego życia zaobserwować zmian zachodzących w jednym układzie planetarnym, ale już obserwując tysiące różnych układów znajdujących się na różnych etapach rozwoju można złożyć historię ich ewolucji. Możliwe, że teraz udało się astronomom dostrzec powstający układ planetarny, w którym znajduje się młoda egzoplaneta przypominająca Saturna.
Źródło: ESO/L. Calçada

Źródło: ESO/L. Calçada

2MASS J4124068+2438157 to dość mało romantyczna nazwa młodej gwiazdy, która przyciągnęła uwagę naukowców. Wszystko wskazuje, że jest to czerwony karzeł, który choć pod względem rozmiarów przypomina Słońce, to pod względem masy jest od niego ponad dwukrotnie mniejszy. Sama gwiazda znajduje się zasadniczo na naszym kosmicznym podwórku, bowiem jej odległość od Ziemi to zaledwie 485 lat świetlnych. Oczywiście, można powiedzieć, że to całkiem daleko, zważając na to, że najbliższe gwiazdy znajdują się zaledwie 4-5 lat świetlnych od Ziemi, ale już w skali naszej galaktyki, której średnicę szacuje się na 100 000 lat świetlnych, gwiazda ta znajduje się mniej więcej w tym samym miejscu co my.

Czerwony karzeł na samym początku swojego życia

Analiza obserwacji gwiazdy wykazała, że mamy w tym przypadku do czynienia z prawdziwym gwiezdnym noworodkiem. Podczas gdy wiek Słońca (i wszystkich planet krążących wokół niego) szacuje się obecnie na 4,6 miliarda lat, to wiek czerwonego karła szacowany jest na zaledwie 4,7 miliona lat, czyli tysiąc razy mniej. Kontrast między gwiazdami podnosi jeszcze fakt, że gwiazda taka jak Słońce może „przeżyć” około 10-12 miliardów tak, a gwiazda taka jak 2MASS J4124068+2438157 może swobodnie spalać w swoim wnętrzu zapasy paliwa przez setki jeżeli nie tysiące miliardów lat.

Gwiazda już nie pierwszy raz w swojej historii zainteresowała astronomów z planety Ziemia. Prowadzone w ostatnich latach obserwacje wykazały, że jest ona otoczona płaskim dyskiem pyłowym. Nie ma w tym zasadniczo nic dziwnego. Każdy gwiezdny noworodek tak naprawdę powstaje w centrum takiego dysku. Część tworzącej go materii trafia ostatecznie do wnętrza gwiazdy, a pozostała część z czasem albo zamienia się w planety, albo zostanie rozwiana po okolicy przez silny wiatr gwiazdowy emitowany przez młodą gwiazdę.

To właśnie temu dyskowi postanowili przyjrzeć się naukowcy z Uniwersytetu Arizony. Do tego celu zdecydowali się wykorzystać radioteleskop ALMA składający się z 66 czasz radioteleskopów rozstawionych na pustyni Atacama w Chile.

Źródło: Long et al, 2023

Dzięki wysokiej rozdzielczości radioteleskopu ALMA udało się dostrzec – ku zaskoczeniu astronomów – że czerwony karzeł w rzeczywistości otoczony jest nie tyle jednorodnym dyskiem pyłowo-gazowym, ile dwoma stosunkowo wąskimi pierścieniami pyłowymi o całkiem dużej średnicy. Wewnętrzna krawędź mniejszego pierścienia zaczyna się dopiero 10,5 miliarda kilometrów od gwiazdy. Sam pierścień jest niezwykle cienki, bowiem jego grubość to zaledwie 840 000 km. Potem mamy dużą przerwę i dopiero w odległości 16 miliardów kilometrów od gwiazdy znajdziemy wewnętrzną krawędź większego pierścienia. Ten pierścień również należy do cienkich, aczkolwiek jest nieznacznie grubszy od pierwszego – 1,27 miliona kilometrów.

Czy tutaj mieszka jakaś egzoplaneta?

Naukowcy podejrzewają, że na wcześniejszym etapie ewolucji gwiazda otoczona była dyskiem pyłowo-gazowym, jednak w środku tego dysku pojawiło się zagęszczenie, z którego z czasem powstała protoplaneta, a następnie planeta o rozmiarach zbliżonych do Saturna. Owa hipotetyczna planeta może teraz krążyć między jednym a drugim pierścieniem w odległości 13,5 miliarda kilometrów od gwiazdy.

Radioteleskop ALMA. Źródło: ESO/C. Malin
Radioteleskop ALMA. Źródło: ESO/C. Malin

Warto tutaj zauważyć, że z jednej strony mamy do czynienia z czerwonym karłem, a więc gwiazdą mniejszą od Słońca, a z drugiej strony jej hipotetyczna planeta znajduje się zaskakująco daleko od samej gwiazdy. Dla porównania w Układzie Słonecznym odległość od Słońca do pierwszej planety (Merkurego) to zaledwie 58 milionów. Ziemia znajduje się 150 mln km od Słońca, a Saturn 1,4 miliarda kilometrów. W przypadku omawianego czerwonego karła mamy odległość niemal dziesięciokrotnie większą od odległości Słońce-Saturn. Więcej, ostatnia planeta Układu Słonecznego – Neptun – znajduje się „zaledwie” 4,5 miliarda kilometrów od Słońca.

Nie zmienia to jednak faktu, że jak na razie istnienie owego Saturna nie zostało potwierdzone. Do tego niezbędne będą dodatkowe obserwacje. Już teraz naukowcy z tego samego zespołu badawczego przygotowują plan obserwacji za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Trzeba zatem jeszcze trochę poczekać.