Kosmiczny ocaleniec. Planeta wielkości Jowisza przetrwała śmierć swojej gwiazdy
To, co wiemy o ewolucji układów planetarnych po śmierci ich gwiazd, właśnie zostało wystawione na poważną próbę.
Międzynarodowy zespół astronomów, wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), przeprowadził szczegółową analizę planety WD 1856 b. Sam gazowy gigant wielkości Jowisza został odkryty już w 2020 roku, jednak dopiero najnowsze obserwacje z teleskopu Webba pozwoliły naukowcom zajrzeć głęboko do jego atmosfery, zbadać temperaturę i spróbować odtworzyć najbardziej prawdopodobny scenariusz jego ewolucji. Istnienie tego świata w miejscu, w którym teoretycznie powinno znajdować się jedynie kosmiczne pogorzelisko, wywołało ogromne poruszenie w świecie nauki.
Kosmiczna „Czarna Wdowa” w kształcie cytryny. James Webb odkrył planetę pełną diamentów
Dla nas to fascynująca lekcja tego, jak kosmos rzadko wpisuje się w sztywne ramy ludzkich teorii. Odkrycie to pokazuje, że los planet wcale nie musi być przesądzony, gdy ich macierzyste słońce zaczyna umierać. Ponieważ nasz Układ Słoneczny za około 5 miliardów lat przejdzie dokładnie taki sam proces, WD 1856 b daje nam unikalny wgląd w potencjalną, daleką przyszłość gazowych olbrzymów krążących wokół Słońca.
Dlaczego ten świat rzuca wyzwanie astronomom?
Zgodnie z klasycznymi modelami ewolucji gwiazd, gdy słońce wielkości naszego wyczerpuje swoje paliwo jądrowe, drastycznie puchnie, zmieniając się w czerwonego olbrzyma. W tym stadium gwiazda bezlitośnie pochłania i obraca w popiół wszystkie najbliższe planety. Następnie odrzuca swoje zewnętrzne warstwy, kurcząc się do rozmiarów Ziemi i tworząc supergęstego białego karła.
Z powodu utraty masy przez gwiazdę, jej przyciąganie grawitacyjne słabnie, a ocalałe planety zewnętrzne powinny oddalić się od martwego jądra. Tymczasem WD 1856 b znajduje się w całkowicie sprzecznym miejscu – zamiast uciekać na dalsze rubieże, zbliżyła się do martwej gwiazdy na odległość zaledwie 0,02 jednostki astronomicznej. Okrąża ją w zaledwie 36 godzin.
Osiem minut światła i modyfikacja modeli badawczych
Obserwacja tego niezwykłego układu przez teleskop Webba była gigantycznym wyzwaniem technologicznym. Ponieważ biały karzeł jest aż siedem razy mniejszy od krążącego wokół niego gazowego giganta, standardowe programy do analizy atmosfer planetarnych okazały się bezużyteczne. Zakładają one bowiem, że mała planeta przechodzi na tle potężnej tarczy słońca.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy musieli opracować nowe równania opisujące ten nietypowy przypadek i zmodyfikować zaawansowane oprogramowanie POSEIDON, służące do rekonstrukcji składu chemicznego atmosfer. Teleskop Jamesa Webba zarejestrował pojedyncze przejście planety przed gwiazdą, które trwało zaledwie osiem minut. Zebrane dane przyniosły kolejne anomalie.
Termos w kosmicznej próżni
Atmosfera planety okazała się gęsta, pełna aerozolowych mgieł i niezwykle bogata w metan, który stanowi aż 7% jej składu (na Jowiszu to zaledwie 0,3%). Największym zaskoczeniem była jednak temperatura. Gwiazda nie żyje od około 6 miliardów lat i zdążyła już mocno ostygnąć. Zgodnie z wyliczeniami, planeta powinna być lodowatą pustynią o temperaturze około 150–200 Kelwinów.
Tymczasem WD 1856 b okazała się znacznie cieplejsza, niż przewidywały dotychczasowe modele. Jej obecna temperatura to aż 400 Kelwinów (ok. 127°C). To oznacza, że planeta emituje do przestrzeni około 25 razy więcej energii, niż dociera do niej z zewnątrz.
Grawitacyjny bilard ocalałego świata
Łącząc symulacje komputerowe z analizą modeli chłodzenia, zespół badawczy spróbował cofnąć termiczny zegar planety, by sprawdzić, skąd wzięło się to dodatkowe ciepło. Badania opublikowane na łamach czasopisma „Nature” wskazują, że scenariusz, w którym planeta przetrwała wewnątrz spuchniętej gwiazdy, jest bardzo mało prawdopodobny. Analiza obecnego stanu planety wskazuje na zupełnie inne wyjaśnienie.
Wszystko wskazuje na to, że najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest migracja o dużej ekscentryczności. WD 1856 b prawdopodobnie zaczynała swoje życie na bezpiecznych, odległych rubieżach układu. Jednak obecność dwóch innych, odległych gwiazd towarzyszących zdestabilizowała jej orbitę. Planeta została wepchnięta na silnie wydłużoną orbitę, rozpoczynając złożoną grawitacyjną ewolucję.
Przez miliardy lat zbliżała się niebezpiecznie do białego karła. Siły pływowe martwej gwiazdy zaczęły dosłownie ugniatać i rozciągać planetę, a tarcie wewnętrzne rozgrzało jej wnętrze, stabilizując jednocześnie orbitę w obecnym, ciasnym miejscu.
Układ WD 1856 znajduje się zaledwie 75 lat świetlnych od Ziemi, co w skali galaktycznej czyni go naszym bezpośrednim sąsiadem. Astronomowie przypuszczają, że tak bliskie odkrycie może sugerować istnienie wielu podobnych, ocalałych światów w naszej galaktyce, choć potwierdzenie tej teorii będzie wymagało budowy zupełnie nowych modeli ewolucji i chłodzenia planet..
