Planety powstają wszędzie i są
– Planety powstają wszędzie, gdzie to tylko możliwe, i są bardzo powszechne. A choć astronomowie znają już ponad 5 tys. pozasłonecznych planet, które w skrócie nazywamy egzoplanetami – wciąż zaskakuje ich różnorodność oraz odmienność większości układów planetarnych od naszego macierzystego systemu, czyli Układu Słonecznego – mówi astronom dr Grzegorz Nowak z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.
Za pomocą amerykańskiego satelity TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) i europejskiego satelity Cheops (CHaracterising ExOPlanet Satellite) naukowcy odkryli i opisali niedawno wyjątkowy układ planetarny HD110067, oddalony o 100 lat świetlnych od Słońca, położony w Warkoczu Bereniki. Tworzące go sześć planet znajduje się w tzw. rezonansie – i choćby dlatego jest to układ szczególnie ciekawy dla badaczy.
– Rezonans to w zasadzie prosta sprawa. W tym konkretnym przypadku sześciu planet wokół HD110067, które oznaczamy literami od b do g, jeżeli najbliższa gwiazdy planeta, którą oznaczamy jako b, wykonuje trzy okrążenia – to następna w kolejności, którą oznaczamy jako c, wykonuje dwa. Mówimy wówczas, że planety b i c są w rezonansie 3:2. Taki sam rezonans występuje pomiędzy planetami c i d oraz d i e. Rezonans 4:3 istnieje pomiędzy planetami e i f oraz f i g. Dodatkowo pomiędzy planetami b i g, czyli pierwszą i ostatnią od gwiazdy, występuje rezonans 1:6 – planeta b potrzebuje bowiem na okrążenie gwiazdy jedynie 9 dni, a planeta g – 54 dni. Jako astronomowie spodziewamy się, że systemy planetarne powstają właśnie w takiej rezonansowej konfiguracji. Jeśli więc ją widzimy – oznacza to, że obserwujemy układ, który od miliardów lat zachował się w niezaburzonej postaci – w takiej, w jakiej się narodził – wyjaśnia dr Nowak z Instytutu Astronomii na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu.
– Interesująca i ważna jest też sama fizyka tych planet. Z pomiarów promieni i mas wiemy, że są to tzw. minineptuny. Pod względem wielkości (promieni) mieszczą się między cztery razy większym od Ziemi Neptunem a planetami, których rozmiary są dwukrotnie większe od Ziemi. Z oceny gęstości tych planet wynika, że budową wewnętrzną przypominają raczej Neptuna. Spodziewamy się, że ich jądra są otoczone warstwą gazów, w których dominuje wodór. Przyszłe badania, prowadzone np. za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), mogą pozwolić na poznanie składu ich atmosfer i dzięki temu lepsze zrozumienie procesu ich powstawania oraz budowy wewnętrznej – podkreśla astronom, który zajmuje się badaniami egzoplanet, w tym pomiarami ich mas oraz badaniem ich atmosfer. Brał też udział w badaniach wspomnianych sześciu planet z rezonansem.
– Wspomniany układ planet jest jednym z systemów odkrytych w misji TESS Amerykańskiej Agencji Kosmicznej NASA, w której wykrywane są tzw. tranzyty, czyli przejścia planet na tle tarcz ich macierzystych gwiazd. Po takiej detekcji konieczna jest jednak powtórna obserwacja tzw. krzywej tranzytu za pomocą instrumentów naziemnych oraz jej szczegółowa analiza. Pozwala to stwierdzić, czy rzeczywiście mamy do czynienia z planetą, czy z innym zjawiskiem. Ostatnim krokiem naziemnych obserwacji jest wykorzystanie precyzyjnych spektrografów, które pozwalają rozłożyć światło gwiazdy, wokół której krążą planety, na poszczególne kolory i dzięki temu zmierzyć jej tzw. prędkość radialną i stąd wyznaczyć masy krążących wokół niej planet. Od 2014 prowadziliśmy badania tego typu w Kanaryjskim Instytucie Astrofizycznym (Instituto de Astrofísica de Canarias – IAC), początkowo badając planety odkrywane w ramach misji NASA Kepler, a później właśnie w ramach misji TESS. Rafael Luque, obecnie pracujący na University of
Chicago, którego byłem współpromotorem, zaproponował zbadanie właśnie układu HD110067. W 2020 roku wykonaliśmy pierwsze pomiary prędkości radialnej tej gwiazdy – opowiada naukowiec.
Pojawiły się jednak przeszkody. – Nasze badania na początku, zamiast udzielić odpowiedzi, tylko skomplikowały cały obraz. Niemniej podjęliśmy decyzję o dalszych pracach i kolejne rozstrzygające informacje udało się uzyskać dzięki satelicie Cheops – podkreśla astronom.
Wspomniany satelita to kosmiczne obserwatorium o szczególnych możliwościach.
– Jest to niewielki europejski satelita, którego misja jest kontynuacją programu COROT (Convection Rotation and Planetary Transits). Jednak w przeciwieństwie do COROT czy Keplera, Cheops nie skupia się na długotrwałych przeglądach poszczególnych fragmentów nieba, ale monitoruje wybrane gwiazdy w celu dokładniejszego badania tranzytów odkrytych już planet, a także poszukiwania tranzytów od potencjalnych dodatkowych planet w tych układach. Cheops był w stanie wykryć tranzyty tam, gdzie się ich spodziewaliśmy, i wskazać, który z przewidywanych przez nas scenariuszy dla tego układu jest prawdziwy – podsumowuje dr Nowak.
Znanych jest już ponad 5 tys. potwierdzonych planet pozasłonecznych, jednak trudno mówić o rutynie w ich badaniach. – Myślę, że astronomów zaskakuje zarówno różnorodność planet, jak i odmienność