Wodny świat, albo planeta na diecie odchudzającej. Czym jest TOI-733b?

Jeszcze trzy dekady temu astronomowie zastanawiali się, czy Układ Słoneczny jest wyjątkowym miejscem we wszechświecie, czy też wokół innych gwiazd także krążą planety, a wszechświat pełen jest układów planetarnych. Od tego czasu astronomia przeszła długą drogę. Naukowcy odkryli i potwierdzili istnienie ponad 5300 planet pozasłonecznych. Kolejne tysiące potencjalnych planet czeka jeszcze na potwierdzenie. Co ciekawe, w tej sporej już próbce planetarnego kiermaszu udało się dostrzec wyraźne luki, tj. takie miejsca na skali mas, czy rozmiarów, w których wydaje się, że nie ma żadnych planet.
toi-733b
toi-733b

Do poszukiwania nowych egzoplanet naukowcy wykorzystują wiele różnych metod. Zdecydowanie najbardziej skuteczne są metody tranzytów oraz prędkości radialnych. Pierwsza z nich opiera się na uważnym obserwowaniu zmian jasności gwiazd w czasie. Urządzenia takie jak chociażby kosmiczny teleskop Keplera wpatrywały się uważnie w niebo szukając regularnych spadków jasności gwiazd. Założenie było takie, że jeżeli wokół gwiazdy krąży jakaś planeta i orbita tej planety jest tak zorientowana, że z perspektywy teleskopu raz na okrążenie planeta przechodzi dokładnie między gwiazdą a teleskopem, to tarcza planety przesłoni część tarczy gwiazdy powodując okresowy spadek jej jasności. Jeżeli taki spadek jasności powtarza się w regularnych odstępach czasu i zawsze ma taką samą wartość, istnieje szansa na to, że odpowiada za niego planeta.

Czytaj także: Nasza planeta była kiedyś prawdziwym wodnym światem

Metoda prędkości radialnych opiera się natomiast na pomiarach zmian prędkości gwiazdy w kierunku do/od Ziemi. Tutaj założenie jest takie, że gwiazda sama z siebie nie jest w stanie zmieniać okresowo tej składowej prędkości. Owa zmiana może natomiast być spowodowana oddziaływaniem grawitacyjnym planety krążącej wokół gwiazdy i wywierającej na nią wpływ. Gdy planeta znajduje się między gwiazdą a Ziemią, przyciąga ją nieco bardziej w naszym kierunku, kiedy znajduje się za nią, odciąga ją od Ziemi.

Obie powyższe metody najszybciej pokazują duże (największy spadek jasności gwiazdy) oraz masywne (największy efekt grawitacyjny na gwiazdę) planety krążące wokół innych gwiazd. Nic zatem dziwnego, że właśnie takich planet odkryto dotąd jak najwięcej.

Nie zmienia to jednak faktu, że wśród 5300 planet widoczne są pewne luki. Naukowcy wskazują, że zdumiewająco „niepopularne” są planety o promieniu zawierającym się w przedziale od 1,5 do 2 promieni Ziemi. Tak się składa, że jest to obszar między planetami klasyfikowanymi jako superziemie a tymi, które już są mini-neptunami.

Czytaj także: To tu możemy znaleźć obce życie! Nowo odkryte egzoplanety mają doskonałe warunki

Naukowcy wskazują, że jest to przedział przejściowy, w którym znajdują się jedynie mini-neptuny, które początkowo mają promień co najmniej dwa razy większy od promienia Ziemi, ale z racji intensywnego promieniowania otrzymywanego od swojej gwiazdy tracą stopniowo swoje atmosfery i zamieniają się w wysuszone superziemie o promieniu poniżej 1,5 promienia Ziemi. Czy tak faktycznie jest? Na to pytanie mogą odpowiedzieć jedynie nieliczne odkryte planety, które właśnie znajdują się na tym etapie przejściowym.

TOI-733b to idealny przykład

W danych obserwacyjnych zebranych przez kosmiczny teleskop TESS naukowcy z Uniwersytetu Chalmers w Szwecji odkryli właśnie taką planetę. W odległości 245 lat świetlnych od Ziemi wokół gwiazdy podobnej do Słońca znajduje się planeta o promieniu 1,99 promienia Ziemi okrążająca swoją gwiazdę w ciągu zaledwie 4,9 dni. Aby w ciągu zaledwie pięciu dni okrążyć gwiazdę, planeta musi znajdować się bardzo blisko niej (nawet Merkury potrzebuje 88 dni na okrążenie Słońca). To z kolei oznacza, że musi ona otrzymywać olbrzymią dawkę promieniowania. Możliwe zatem, że gwiazda właśnie odparowuje atmosferę egzoplanety stopniowo obniżając jej masę.

Czytaj także: Jaka byłaby kąpiel w wodzie morskiej sprzed 2 miliardów lat? Nie taką odpowiedź chcieliśmy usłyszeć

Dane z teleskopu TESS pozwoliły naukowcom najpierw ustalić okres orbitalny planety, a następnie dzięki wiedzy o jasności i głębokości spadku jasności gwiazdy także rozmiary planety, które określono na 1,99 promienia Ziemi. Następnie wykorzystano spektrograf HARPS zainstalowany na 3,6-metrowym teleskopie w Obserwatorium La Silla do pomiaru prędkości radialnych gwiazdy, co z kolei pozwoliło ustalić, że masa planety to 5,72 masy Ziemi.

Znajomość rozmiarów i masy planety naturalnie pozwala określić średnią gęstość planety. Symulacje wykazują, że w przypadku TOI-733b mamy do czynienia albo z planetą, która była mini-neptunem, który wcześniej miał atmosferę z wodoru i helu, ale już ją utracił. Planeta taka z czasem mogła wytworzyć drugą atmosferę zbudowaną z cięższych pierwiastków.

Alternatywnie, TOI-733b może być wodnym światem, planetą pokrytą oceanem ciekłej wody. Taka planeta także utraciłaby ze swojej atmosfery wodór i hel, zamiast nich w atmosferze pozostałaby para wodna, która już tak szybko nie poddaje się promieniowaniu gwiazdy.

Jak na razie nie ma możliwości ustalenia, z którą z tych dwóch opcji mamy faktycznie do czynienia. Do tego niezbędne są teleskopy, które jeszcze nie powstały. Za jakiś czas jednak naukowcy powrócą do TOI-733b i jej zagadka ostatecznie zostanie rozwiązana. Być może będzie ona stanowiła także odpowiedź na pytanie: gdzie się podziały wszystkie planety o rozmiarach 1,5-2 razy większych od Ziemi. Jest na co czekać.

Więcej:egzoplanety