Odkryto nowy rodzaj egzoplanet

Artystyczne wyobrażenie egzoplanety i dysku akrecyjnego na orbicie gwiazdy. Źródło:

David A. Aguilar (CfA)

Tradycyjny podział planet wyróżnia ich dwie główne kategorie: mniejsze, skaliste globy i gazowe giganty. Niedawno jednak naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ogłosili odkrycie trzeciego typu planet: gazowych karłów. Badania te są na tyle przełomowe, że opublikował je prestiżowy magazyn Nature.

W naszym Układzie Słonecznym znajdują się zarówno planety skaliste, jak i gazowe olbrzymy. Gdzie indziej jednak planety mogą wyglądać jeszcze inaczej. Dane z Kosmicznego Teleskopu Keplera doprowadziły do odkrycia okrążających dalekie gwiazdy, mniejszych planetek gazowych, które wydają się występować dosyć powszechnie. Taki a nie inny typ planet może być związany z konkretnym składem chemicznym gwiazd macierzystych.

Egzoplanety leżą zbyt daleko od nas, by możliwe było wykrycie odbijanego przez nie bezpośrednio światła. Niknie ono po prostu w świetle gwiazdy centralnej. Jednak Teleskop Keplera umie wykrywać takie obiekty w inny sposób. Wykorzystywane jest tu zjawisko przyćmiewania całkowitego światła emitowanego przez gwiazdę macierzystą w czasie, gdy planeta przechodzi (z naszego punktu widzenia) przed jej tarczą. To tak zwana metoda obserwacji tranzytów planet. Znając na jej podstawie promień orbitalny danej planety oraz masę jej gwiazdy można już wyznaczyć w pewnym przybliżeniu masę planety. A znając jej masę i rozmiar (szacowany również na bazie obserwacji parametrów przejścia globu przez tarczę gwiazdy) można już obliczyć gęstość. To z kolei daje naukowcom wiele informacji na temat możliwego składu chemicznego planety.

Metoda ta nie jest bez wad, bowiem trudno jest w jej przypadku poprawnie wyznaczyć masy planet ciemniejszych i mniejszych, bliższych wielkością Ziemi. Zespół naukowców zdołał jednak pokonać i tę niedogodność, mierząc metaliczność gwiazdy macierzystej. Ponieważ planety danych gwiazd utworzone są z mniej więcej takiego samego jak te gwiazdy materiału, skład gwiazdy może odpowiadać składowi chemicznemu planety.

Po przeanalizowaniu 600 egzoplanet krążących wokół około 400 gwiazd okazało się, że istnieją wyraźne linie podziału w zakresie ich wielkości i składu. Planety większe niż 3,9 mas Ziemi były niemal wyłącznie gazowymi olbrzymami, podczas gdy z kolei te mniejsze od 1,7 mas Ziemi były najprawdopodobniej skaliste. Mniej liczna grupa pośrednia reprezentuje gazowe karły o skalistych rdzeniach, w których może również gromadzić się gaz, tworząc ostatecznie grube atmosfery zbudowane z wodoru i helu.

Odległość od gwiazdy odgrywa ważną rolę we wzroście masy skalistego jądra i tym, jak duże może się ono stać przed wykształceniem się grubej atmosfery. Im bardziej odległa jest planeta, tym większa urośnie, nim stanie się gazowym karłem. Oznacza to, że nie istnieje górna granica wielkości dla planet skalistych. Naukowcy odkryli również, że małe, skaliste planety mają metaliczności zbliżone do naszego Słońca, podczas gdy układy planetarne złożone z kilku gazowych olbrzymów zawierają o 50% więcej metalu niż Słońce.

Wydaje się, że jest istnieje pewna krytyczna metaliczność hipotetycznej gwiazdy macierzystej, w przypadku której bardzo prawdopodobne jest uformowanie się planet podobnych do Ziemi. To metaliczność bliska metaliczności Słońca. Ma to sens, ponieważ w gwiazdach o dużo niższej metaliczności znajduje się mniej potencjalnych surowców do budowy planet, a w przypadku wyższych metaliczności zachodzi raczej tendencja do tworzenia się planet - gazowych olbrzymów.

Oczywiście metaliczność gwiazdy nie jest jedynym czynnikiem, który determinuje rodzaj obecnych w układzie planet. Istnieje wiele innych. Ponadto badania planet metodą tranzytu nie są obecnie możliwe w przypadku bardziej odległych układów – dane te mogą znacząco zmieniać wyniki. Zapewne będą one jednak możliwe w przyszłości, gdy nasze możliwości obserwacyjne będą jeszcze większe.

Cały artykuł: Lars A. Buchhave, Martin Bizzarro et al. Three regimes of extrasolar planet radius inferred from host star metallicities

Liczba odsłon: 1914