Objev velmi tenké exoplanety „cukrové vaty“ šokuje vědce – „Nedokážeme vysvětlit, jak tato planeta vznikla“

Astronomové objevili masivní planetu s nízkou hustotou nazvanou WASP-193b, která je o 50 % větší než naše planeta. Jupiter Má ale hustotu podobnou cukrové vatě. Tento objev zpochybňuje současné teorie vzniku planet, protože vědci nedokážou vysvětlit, jak by taková planeta vznikla.

Astronomové objevili obrovskou, nadýchanou mimozemskou kouli planety obíhající kolem vzdálené hvězdy v naší galaxii mléčná dráha galaxie. Objev byl hlášen 14. května v deníku Přírodní astronomie Od výzkumníků z Massachusetts Institute of TechnologyObjev učiněný na univerzitě v Lutychu v Belgii a jinde je slibným klíčem k záhadě, jak se tyto ultralehké obří planety formují.

Nová planeta, nazvaná WASP-193b, se zdá být trpaslíkem velikosti Jupiteru, ale její hustota je zlomkem její hustoty. Vědci zjistili, že plynný obr je o 50 % větší než Jupiter a asi o desetinu tak hustý, což je velmi málo, podobně jako hustota cukrové vaty.

WASP-193b je druhá nejlehčí dosud objevená planeta po nejmenší, Neptune-Jako svět, Kepler 51d. Díky mnohem větší velikosti nové planety v kombinaci s její extrémně světelnou hustotou je WASP-193b něčím mimořádnou mezi více než 5 400 dosud objevenými planetami.

„Nalezení těchto obřích objektů s tak malou hustotou je opravdu velmi vzácné,“ říká Khaled Al-Barqawi, hlavní autor studie a postdoktorandský výzkumník na MIT. „Existuje třída planet nazývaná nafouklé Jupitery a už 15 let je záhadou, co to je.“

„Nevíme, kam zařadit tuto planetu ve všech teoriích formování, které nyní máme, protože je to anomálie ve všech z nich,“ dodává spoluautor Francisco Pozuelos, vedoucí výzkumný pracovník Ústavu astrofyziky v Andalusii. Ve Španělsku. „Nedokážeme vysvětlit, jak se tato planeta zformovala na základě klasických evolučních modelů, pozorný pohled na její atmosféru nám umožní získat evoluční cestu pro tuto planetu.“

Mezi spoluautory studie MIT patří Julian de Wit, odborný asistent na katedře zemských, atmosférických a planetárních věd MIT, a Artem Burdanov, postdoktorandský výzkumník na MIT, spolu se spolupracovníky z různých institucí po celé Evropě.

“Zajímavý vývoj”

Nová planeta byla původně spatřena v rámci projektu Wide Angle Search for Planets Project neboli WASP, mezinárodní spolupráce mezi akademickými institucemi, které společně provozují dvě robotické observatoře, jednu na severní polokouli a jednu na jižní. Každá observatoř využívá řadu širokoúhlých kamer k měření jasnosti tisíců jednotlivých hvězd na celé obloze.

V průzkumech prováděných v letech 2006 až 2008 a znovu v letech 2011 až 2012 observatoř WASP-South detekovala periodické přechody neboli poklesy světla WASP-193, jasné blízké hvězdy podobné Slunci, která se nachází 1232 let od Země . Astronomové zjistili, že periodické poklesy jasnosti hvězdy byly v souladu s planetou obíhající kolem hvězdy a blokující její světlo každých 6,25 dne. Vědci změřili celkové množství světla, které planeta zablokovala při každém tranzitu, a poskytli jim odhad velikosti obří planety, přibližně velikosti super-Jupiteru.

Poté se astronomové zaměřili na určení hmotnosti planety, což by pak odhalilo její hustotu a možná také vodítko k jejímu složení. K získání odhadu hmotnosti astronomové obvykle používají radiální rychlost, což je technika, pomocí které vědci analyzují spektrum hvězdy nebo různé vlnové délky světla, když planeta obíhá kolem hvězdy. Spektrum hvězdy se může měnit specifickým způsobem v závislosti na tom, co hvězdu přitahuje, jako je planeta, kolem níž obíhá. Čím hmotnější je planeta a čím blíže je ke své hvězdě, tím více se její spektrum posouvá – což je zkreslení, které může vědcům poskytnout představu o hmotnosti planety.

Pro WASP-193 b astronomové získali další spektra hvězd s vysokým rozlišením pořízená různými pozemskými dalekohledy a pokusili se použít radiální rychlost k výpočtu hmotnosti planety. Ale stále se objevovala prázdná, právě proto, jak se ukázalo, planeta byla příliš lehká na to, aby ji na její hvězdě bylo možné detekovat.

„Velké planety jsou obvykle velmi snadno detekovatelné, protože jsou obvykle masivní a mají velký dopad na svou hvězdu,“ vysvětluje De Wit. „Ale na této planetě bylo obtížné to, že ačkoli byla obrovská, její hmotnost a hustota byly tak nízké, že bylo velmi obtížné ji detekovat pouze pomocí techniky radiální rychlosti. Byl to zajímavý vývoj.“

„[WASP-193b] „Je to tak mírné, že trvalo čtyři roky, než shromáždili data a ukázali, že existuje hromadný signál, ale ve skutečnosti je velmi malý,“ říká Barqawi.

„Zpočátku jsme dosahovali velmi nízké hustoty a zpočátku bylo velmi těžké tomu uvěřit,“ dodává Buzuelos. „Několikrát jsme opakovali proces analýzy všech dat, abychom se ujistili, že se jedná o skutečnou hustotu planety, protože byla tak vzácná.“

Nafouknutý svět

Nakonec tým potvrdil, že planeta byla skutečně velmi lehká. Vypočítali, že jeho hmotnost je asi 0,14 hmotnosti Jupiteru. Jeho hustota, odvozená od jeho hmotnosti, byla asi 0,059 gramu na centimetr krychlový. Naproti tomu hmotnost Jupiteru je asi 1,33 gramu na centimetr krychlový; Země je o 5,51 gramu na centimetr krychlový větší. Možná, že látka, která se hustotou nejvíce blíží nové nafouklé planetě, je cukrová vata, která má hustotu asi 0,05 gramu na centimetr krychlový.

„Planeta je tak lehká, že je těžké si představit srovnatelnou pevnou hmotu,“ říká Barqawi. „Důvod, proč se to blíží cukrové vatě, je ten, že obě jsou vyrobeny převážně z lehkých plynů spíše než z pevných látek.“

Vědci se domnívají, že nová planeta se skládá převážně z vodíku a hélia, jako většina ostatních plynných obrů v galaxii. Pro WASP-193b tyto plyny pravděpodobně tvoří extrémně nafouklou atmosféru rozprostírající se desítky tisíc kilometrů za atmosférou Jupiteru. Jak se planeta mohla nafouknout do takové míry a přitom si udržet tak extrémní hustotu světla, to je otázka, na kterou zatím žádná existující teorie vzniku planet nedokáže odpovědět.

Aby tým získal lepší obrázek o novém tenkém světě, plánuje použít dříve vyvinutou techniku ​​D-Wit, aby nejprve odvodil určité vlastnosti atmosféry planety, jako je její teplota, složení a tlak v různých hloubkách. Tyto vlastnosti pak lze použít k přesnému výpočtu hmotnosti planety. Prozatím tým vidí WASP-193b jako ideálního kandidáta pro navazující studie observatoří, jako je WASP-193b Vesmírný dalekohled Jamese Webba.

„Čím větší je atmosféra planety, tím více světla jí může projít,“ říká de Wit. „Takže tato planeta je jednoznačně jedním z nejlepších cílů, které máme pro studium atmosférických vlivů.“ Poslouží jako Rosettská deska při pokusu o vyřešení záhady vypouklých Jupiterů.“

Odkaz: „Rozšířená atmosféra s nízkou hustotou kolem planety o velikosti Jupitera WASP-193 b“ od Khaleda Al-Barqawiho, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audry, Mathilde Timmermans, Amaury H. M. G. Triode a Richard G. West, 14. května 2024, Přírodní astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Tento výzkum byl částečně financován Univerzitní asociací a Radou vědeckých a technologických zařízení Spojeného království pro WASP; Evropská rada pro výzkum; Valonsko-Bruselská unie; a Heising-Simons Foundation, Colin a Leslie Massonovi a Peter A. Gilman, kteří podporují Artemis a další dalekohledy SPECULOOS.