JWST odhalil vzácný pár planet, které by neměly existovat

Kolem hvězdy vzdálené asi 190 světelných let od Země obíhá zvláštní a extrémně vzácný pár planet a astronomové si myslí, že konečně pochopí, jak tento zvláštní kosmický pár vznikl. Soustava obsahuje horký jupiter, typ obří planety, který se obvykle nachází sám, a menší mini-neptun obíhající kolem hvězdy ještě blíže. Od objevení soustavy v roce 2020 se vědci snaží vysvětlit, jak se oběma planetám podařilo společně přežít.

Výzkumníci z MIT (Massachusetts Institute of Technology) nyní využili vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) provozovaný NASA ke studiu atmosféry mini-neptunu a odhalili nové indicie o původu soustavy.

JWST studuje vzácný mini-neptun
Nové poznatky, publikované v Astrophysical Journal Letters, znamenají první případ, kdy astronomové studovali atmosféru mini-neptunu nacházejícího se uvnitř oběžné dráhy horkého jupitera. Pozorování odhalila, že menší planeta má hustou atmosféru naplněnou těžšími molekulami, včetně vodní páry, oxidu uhličitého, oxidu siřičitého a stop metanu. Podle výzkumníků by tento typ atmosféry neměl existovat, pokud by se planeta vytvořila poblíž své současné polohy, blízko své hvězdy.

Data naopak naznačují, že mini-neptun a jeho obří společník se pravděpodobně zformovali mnohem dále, v chladnějších vnějších oblastech jejich mladé planetární soustavy. Tam si oba světy mohly nahromadit silné atmosféry bohaté na led a těkavé sloučeniny, než se postupně začaly posouvat blíže. Vědci se domnívají, že se planety přiblížily ke své hvězdě společně a zároveň si zachovaly neporušenou atmosféru.

Studie také poskytuje dosud nejsilnější důkaz o tom, že mini-neptuny se mohou formovat za sněžnou linií hvězdy, což je oblast dostatečně daleko, aby voda mohla zmrznout na led.

„Toto je poprvé, co jsme pozorovali atmosféru planety, která se nachází uvnitř oběžné dráhy horkého jupitera,“ říká Saugata Baratová, postdoktorandka na MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research a hlavní autorka studie. „Toto měření nám říká, že se tento mini-neptun skutečně zformoval za hranicí mrazu, což potvrzuje existenci této možnosti vzniku.“

Mezinárodní výzkumný tým zahrnuje astronomy z MIT, Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics, University of South Queensland, University of Texas at Austin and Lund University.

Horký jupiter s neobvyklým společníkem
Mini-neptuny jsou menší než Neptun ve Sluneční soustavě a jsou tvořeny převážně plynem obklopujícím skalnaté jádro. Přestože patří k nejběžnějším planetám v Mléčné dráze, naše vlastní Sluneční soustava žádné takové planety neobsahuje.

Většina dosud objevených mini-neptunů je považována za poměrně běžné. Ale v roce 2020 Chelsea X. Huangová, tehdejší postdoktorandka na MIT (nyní na fakultě University of South Queensland), identifikovala jeden ve velmi neobvyklé soustavě. Mini-neptun se zdál obíhat kolem své hvězdy vedle horkého jupitera, což astronomové vidí jen zřídka.

Objev vzešel z pozorování provedených satelitem TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Vědci studující hvězdu TOI-1130, která se nachází 190 světelných let daleko, objevili známky dvou planet obíhajících kolem hvězdy každé čtyři a osm dní.

„Jednalo se o jedinečný systém,“ říká Huangová. „Horké jupitery jsou ‚osamělé‘, což znamená, že nemají na svých oběžných drahách žádné doprovodné planety. Jsou tak masivní a jejich gravitace je tak silná, že cokoliv je na jejich oběžné dráze, se prostě rozptýlí. Ale nějakým způsobem u tohoto horkého jupitera přežila vnitřní doprovodná planeta. A to vyvolává otázky, jak se takový systém mohl zformovat.“

Předpověď dokonalého pozorování pomocí JWST
Neobvyklý systém motivoval vědce k podrobnějšímu zkoumání exoplanet pomocí JWST, zejména vnitřního mini-neptunu známého jako TOI-1130 b.

Správné načasování pozorování se však ukázalo velmi obtížné. Většina planet obíhá kolem svých hvězd s přesností hodin, takže jejich pohyby lze snadno předvídat. V tomto případě jsou však mini-neptun a horký jupiter uvězněny v tom, co astronomové nazývají „rezonance středního pohybu“. Jejich gravitační interakce mírně mění vzájemné oběžné dráhy, čímž se mění načasování jejich oběhů kolem hvězdy.

Aby tento problém vyřešili, vědci pod vedením Judith Korthové z Lund University zkombinovali dřívější pozorování systému a vytvořili podrobný model, který z pohledu JWST předpovídá, kdy planety projdou před hvězdou.

„Byla to náročná předpověď a museli jsme být přesní,“ říká Baratová. Úsilí se vyplatilo a týmu umožnilo provést detailní měření obou planet.

Vodní pára a těžké molekuly odhalují pravdu
„Krása JWST spočívá v tom, že nepozoruje pouze v jedné barvě, ale v různých barvách neboli vlnových délkách,“ vysvětluje Baratová. „A specifické vlnové délky, které planeta absorbuje, vám mohou hodně napovědět o složení její atmosféry.“

Teleskop detekoval v atmosféře mini-neptuna jasné stopy vody, oxidu uhličitého, oxidu siřičitého a menšího množství metanu. Tyto těžší molekuly vynikají, protože se obecně očekává, že planety, které se tvoří blízko svých hvězd, mají lehčí atmosféry, v nichž dominuje vodík a hélium.

Zjištění naznačují, že TOI-1130 b se mohla před migrací dovnitř zformovat v mnohem větší vzdálenosti od své hvězdy.

Vědci se domnívají, že planeta původně shromažďovala vodu a další těkavé sloučeniny v chladné oblasti za sněžnou linií. V tomto prostředí voda namrzá na prachových částicích a vytváří ledové oblázky, které rostoucí planeta může vtáhnout do své atmosféry. Jak se planeta později přibližuje ke své hvězdě, led se odpařuje.

Baratová říká, že atmosférické důkazy silně naznačují, že obě planety vznikly ve vnějších končinách systému a pomalu se společně pohybovaly dovnitř.

„Tento systém představuje jednu z nejvzácnějších architektur, jaké kdy astronomové objevili,“ říká Baratová. „Pozorování TOI-1130 b poskytují první náznak, že takové mini-neptuny, které se tvoří za hranicí vody/ledu, skutečně ve vesmíru existují.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/webb-space-telescope-reveals-rare-planet-pair-that-shouldnt-exist/

autor: František Martinek