Astronomowie odkryli planetę, której istnienie podważa dotychczasowe teorie

Gwiazda TOI-6894 znajduje się około 240 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Lwa, ale jest podobna do wielu innych gwiazd z naszej galaktyki. To mały czerwony karzeł o masie stanowiącej zaledwie 20 proc. masy naszego Słońca. W związku z tym astronomowie nie podejrzewali, że mogłaby zapewnić odpowiednie warunki do powstania i istnienia dużej planety. Okazało się jednak, że jest odwrotnie. Wokół tej maleńkiej gwiazdy krąży gazowy olbrzym, nazwany TOI-6894b. Wyniki dotyczące odkrycia zostały opublikowane w Nature Astronomy.

Ta kosmiczna para przeczy istniejącym teoriom dotyczącym powstawania planet. Niezwykły układ został odkryty przez zespół naukowców w ramach szeroko zakrojonego badania danych TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Celem badania kierowanego przez Edwarda Bryanta było poszukiwanie planet olbrzymów krążących wokół gwiazd o małej masie.

„Nie spodziewaliśmy się, że planety takie jak TOI-6894b będą mogły powstawać wokół gwiazd o tak małej masie. To odkrycie będzie kamieniem węgielnym do zrozumienia ekstremów powstawania planet olbrzymów” – stwierdził Bryant.

Astronomowie przyznają, że do tej pory nie udało się im znaleźć gwiazdy o mniejszej masie, wokół której krążyłaby tak duża planeta. TOI-6894b to gazowy olbrzym o niskiej gęstości. Jej promień jest nieco większy niż promień Saturna, jednak ma zaledwie 50 proc. masy tej planety. Dr Vincent Van Eylen z Mullard Space Science Laboratory na University College London powiedział: „To intrygujące odkrycie. Naprawdę nie rozumiemy, w jaki sposób gwiazda o tak małej masie może utworzyć tak masywną planetę! To jeden z celów poszukiwań kolejnych egzoplanet. Znajdując układy planetarne inne niż nasz Układ Słoneczny, możemy testować modele i lepiej zrozumieć, jak powstał nasz własny układ”.

Najbardziej rozpowszechnioną teorią dotyczącą powstawania planet, jest teoria akrecji jądra. Zakłada ona, że jądro planety początkowo powstaje w wyniku stopniowej akumulacji materii, a gdy stanie się masywniejsze, przyciąga gazy, które tworzą atmosferę. W końcu jest na tyle duże, że może wejść w proces akrecji gazu, w efekcie stając się gazowym olbrzymem. Tego typu planety raczej nie powstają w pobliżu gwiazd o małej masie, ponieważ ilość gazu i pyłu w dysku protoplanetarnym wokół tej gwiazdy (czyli ilość materii potrzebnej do uformowania się planety), jest zbyt ograniczona, aby umożliwić powstanie wystarczająco masywnego jądra. Istnienie TOI-6894b przeczy jednak tej teorii i sugeruje, że wyżej opisany model może nie być dokładny. W związku z tym pojawiła się potrzeba opracowania alternatywnych teorii.

„Biorąc pod uwagę masę planety, TOI-6894b mogła powstać w wyniku pośredniego procesu akrecji jądra, w którym protoplaneta tworzy się i stale akreuje gaz, bez osiągnięcia przez jądro wystarczająco dużej masy dla niekontrolowanej akrecji gazu” – powiedział Edward Bryant. „Alternatywnie, mogła powstać z powodu grawitacyjnie niestabilnego dysku. W niektórych przypadkach dysk otaczający gwiazdę staje się niestabilny z powodu siły grawitacyjnej, jaką wywiera na siebie. Te dyski mogą się następnie rozpaść, a gaz i pył zapadną się, tworząc planetę” – dodał.

Zespół astronomów stwierdził jednak, że żadna z powyższych teorii nie jest w stanie całkowicie wyjaśnić powstania TOI-6894b. Pochodzenie tej gigantycznej planety jest – póki co – zagadką. Jednym ze sposobów jej rozwikłania może być szczegółowa analiza atmosferyczna. Mierząc rozkład materiału wewnątrz planety, astronomowie mogą określić rozmiar i strukturę jądra, co mogłoby nam powiedzieć, czy TOI-6894b powstała poprzez akrecję, czy w wyniku niestabilnego dysku.

Planeta stanowi ewenement również pod względem panujących tam warunków. Większość gazowych olbrzymów przypomina gorące Jowisze, o temperaturze 1000–2000 kelwinów. Tymczasem TOI-6894b ma temperaturę zaledwie 420 kelwinów.

„Na podstawie promieniowania gwiazdowego TOI-6894b spodziewamy się, że atmosfera jest zdominowana przez metan, który bardzo rzadko można zidentyfikować. Temperatury są na tyle niskie, że obserwacje atmosferyczne mogłyby nawet wykazać obecność amoniaku, co byłoby pierwszym przypadkiem jego znalezienia w atmosferze egzoplanety. TOI-6894b jest prawdopodobnie wzorcową egzoplanetą do badania atmosfer zdominowanych przez metan i stanowi najlepsze „laboratorium” do badania atmosfery planetarnej zawierającej węgiel, azot i tlen poza Układem Słonecznym” – powiedział Amaury Triaud, jeden z badaczy.

W ciągu najbliższych 12 miesięcy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie obserwować atmosferę planety TOI-6894b. Na podstawie uzyskanych wyników być może uda się ustalić, która teoria wyjaśnia powstanie gazowego olbrzyma.