Vo vesmíre objavili planéty, ktoré nedávajú zmysel. Sú veľké ako Jupiter, ale redšie než cukrová vata
Astronómovia objavili dve obrie planéty veľké ako Jupiter, no redšie než cukrová vata. Zvláštny systém TOI-791 môže ukázať, ako vznikajú nafúknuté plynné svety.
Astronómovia našli dvojicu svetov, ktoré na prvý pohľad nedávajú zmysel. Sú veľké približne ako Jupiter, no ich hustota je nižšia než hustota cukrovej vaty. Takéto objekty vedci označujú ako super-puff planéty, teda extrémne nafúknuté plynné svety s veľmi malou hustotou.
Medzinárodný tím vedený Oxfordskou univerzitou opísal dve vzácne exoplanéty označené ako TOI-791 b a TOI-791 c. Obe obiehajú hviezdu typu F7, ktorá sa nachádza približne 1 110 svetelných rokov od Zeme v južnom súhvezdí Volans. Štúdia vyšla v časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Pri pohľade na rozmery by sa mohlo zdať, že ide o bežné plynné obry. Lenže ich hmotnosť je v pomere k veľkosti prekvapivo nízka. TOI-791 b má hustotu len 0,038 gramu na centimeter kubický, zatiaľ čo TOI-791 c dosahuje 0,047 gramu na centimeter kubický. Jupiter má priemernú hustotu približne 1,33 gramu na centimeter kubický, teda je asi 28- až 35-krát hustejší.
Planéty redšie než cukrová vata
Najlepšie to ukazuje porovnanie s cukrovou vatou. Tá má podľa tlačovej správy typickú hustotu okolo 0,05 gramu na centimeter kubický. Tieto planéty sú teda ešte redšie než sladká hmota, ktorú poznáš z jarmoku.
To neznamená, že by išlo o malé alebo „ľahké“ planéty v bežnom zmysle slova. Sú obrovské. Len ich hmota je rozložená v mimoriadne veľkom objeme. Predstav si nafúknutý vankúš vedľa rovnako veľkej nádoby naplnenej vodou. Navonok môžu zaberať podobný priestor, no fyzikálne ide o úplne odlišné objekty.
Neprehliadni
Práve preto sú super-puff planéty pre vedcov takým tvrdým orieškom. Stále presne nevieme, ako si dokážu udržať obrovskú nafúknutú atmosféru a prečo ju žiarenie ich materskej hviezdy už dávno nerozptýlilo do vesmíru.
„Poznáme len hŕstku takýchto super-puffy planét a ešte vzácnejšie je nájsť dve v jednom systéme. Ich extrémne nízke hustoty z nich robia fascinujúce ciele pre pochopenie toho, ako planetárne systémy vznikajú a vyvíjajú sa,“ hovorí hlavná autorka štúdie Dr George Dransfield z Oxfordu.
V jednom systéme našli rovno dva takéto svety
TOI-791 b a TOI-791 c podľa vedcov pravdepodobne vznikli z rovnakého disku plynu a prachu okolo mladej hviezdy. Sú teda planetárnymi „súrodencami“. Podobných systémov je veľmi málo. Podľa autorov štúdie poznáme iba štyri ďalšie systémy, ktoré obsahujú viac než jednu super-puff planétu.
Obe planéty sú navyše zachytené v gravitačnom rytme označovanom ako rezonancia 5:3. Keď vnútorná planéta dokončí päť obehov okolo hviezdy, vonkajšia ich zvládne približne tri. Tento pomer spôsobuje, že planéty na seba pravidelne gravitačne pôsobia a mierne posúvajú časy svojich prechodov pred hviezdou.
Práve tieto odchýlky pomohli vedcom odhadnúť ich hmotnosti. Keď planéta prechádza pred hviezdou, mierne stlmí jej svetlo. Z poklesu jasu sa dá určiť jej veľkosť. Ak sa však časy týchto prechodov nepatrne menia, prezrádza to gravitačný vplyv ďalšej planéty v systéme.
Tu je dôležitá opatrnosť. Astronómovia tieto planéty „nevážili“ priamo. Ich hmotnosti vychádzajú z modelovania drobných časových odchýlok tranzitov. Práve preto bola dôležitá dlhá séria pozorovaní a fakt, že planéty sú v rezonancii.
Objav začal v dátach NASA a skončil až v Antarktíde
Prvé stopy po týchto planétach sa objavili v dátach z teleskopu TESS, ktorým NASA hľadá exoplanéty. Kandidáta TOI-791 b identifikovali dobrovoľníci v projekte Planet Hunters TESS už v roku 2019. Druhá planéta, TOI-791 c, pribudla medzi kandidátov v roku 2023.
Potvrdenie objavu si vyžiadalo približne osem rokov dát z viacerých teleskopov. Dôležitú úlohu zohral aj teleskop ASTEP na stanici Concordia v Antarktíde. Počas antarktickej zimy tam panujú mesiace nepretržitej tmy, čo astronómom umožnilo sledovať mimoriadne dlhé prechody planét bez prerušenia denným svetlom.
Každý tranzit trval viac než 11 hodín. Podľa tlačovej správy ide o najdlhšie súvislé planetárne tranzity, ktoré sa podarilo zo Zeme pozorovať celé od začiatku až do konca.
Prečo sú také nafúknuté?
Najpravdepodobnejšie vysvetlenie hovorí o veľkých atmosférach bohatých na vodík a hélium. Tie môžu tvoriť významnú časť celkovej hmotnosti planét a vytvárať ich nafúknutý vzhľad. Takýto scenár dáva zmysel najmä vtedy, ak planéty vznikli ďalej od svojej hviezdy, v chladnejšej časti protoplanetárneho disku.
Tam sa plyn ľahšie ochladzuje a môže sa rýchlo nabaliť okolo pevného jadra. Planéta si tak vytvorí veľký plynný obal ešte predtým, než ju neskoršie gravitačné procesy presunú bližšie k hviezde.
Lenže toto vysvetlenie zatiaľ nestačí. Super-puff planéty môžu byť nafúknuté teplom, zložením atmosféry, vysokou oblačnosťou alebo kombináciou viacerých faktorov. Bez detailnej chemickej analýzy zostáva časť príbehu otvorená.
Vedci preto chcú systém TOI-791 preskúmať pomocou Jamesovho Webbovho vesmírneho teleskopu. Ten by neskúmal planéty ako ostré fotografie vzdialených svetov. Pozeral by sa na svetlo hviezdy, ktoré pri prechode planéty prejde cez jej atmosféru. V tomto svetle môžu zostať chemické odtlačky látok, ktoré sa v atmosfére nachádzajú.
Práve takto by sa dalo zistiť, či atmosféry týchto planét obsahujú zlúčeniny uhlíka, dusíka a kyslíka. Takéto stopy by vedcom napovedali, kde sa planéty vytvorili a akým vývojom prešli.
„Navrhujeme uskutočniť vesmírne pozorovania pomocou Jamesovho Webbovho vesmírneho teleskopu, aby sme zistili, či nafúknutá atmosféra obsahuje zlúčeniny uhlíka, dusíka a kyslíka,“ vysvetľuje spoluautor štúdie profesor Amaury Triaud z University of Birmingham.
Vzácne laboratórium pre astronómov
TOI-791 nie je zaujímavý preto, že by sme na týchto planétach hľadali život. Sú to extrémne riedke plynné svety, ktoré sa Zemi nepodobajú takmer v ničom. Ich hodnota je v tom, že môžu ukázať menej bežnú cestu vzniku planét.
Systém je cenný aj tým, že obe planéty vznikli pravdepodobne v rovnakom prostredí a dnes sa navzájom gravitačne ovplyvňujú. Vedci tak nedostali jednu zvláštnu planétu bez kontextu, ale dvojicu objektov, ktoré možno porovnávať v rámci jedného systému.
„Tieto viacplanetárne systémy sú komplexné, s gravitačnými interakciami medzi planétami, ktoré sa vyvíjajú počas veľmi dlhých období, desiatok rokov alebo aj dlhšie,“ hovorí profesor Tristan Guillot z Université Côte d’Azur.
Ak následné pozorovania potvrdia, že tieto svety majú obrovské atmosféry z vodíka a hélia, TOI-791 nebude len kuriozitou s pekným prirovnaním k cukrovej vate. Môže ukázať, ako sa na chladných okrajoch planetárnych systémov rodia obrovské plynné svety, ktoré sa neskôr presunú bližšie k svojej hviezde.
