„Szokatlanul hatalmas” – A csillagászok felfedeztek egy bolygót, amelynek nem kellene léteznie

A Penn State kutatói szokatlanul hatalmas bolygót, az LHS 3154b-t fedeztek fel, amely egy ultrahideg törpecsillag körül kering. Ez a felfedezés, amely ellentmond a jelenlegi elméleteknek, a csillag- és bolygóképződési folyamatok újraértékelését készteti.

A napjához képest ekkora tömegű bolygó felfedezése megkérdőjelezi azt, amit korábban a bolygók és naprendszereik kialakulásáról értek a Penn State kutatói szerint.

A folyóiratban november 30-án megjelent kutatásban TudományokA kutatók bejelentették, hogy a Földnél több mint 13-szor nagyobb tömegű bolygót fedeztek fel az LHS 3154 „ultramenő” csillag körül, amely maga kilencszer kisebb tömegű, mint a Nap. Az újonnan felfedezett bolygó tömegének gazdacsillaghoz viszonyított aránya több mint 100-szor nagyobb, mint a Földé és a Napé.

Ez a videó az újonnan felfedezett LHS 3154 rendszer művészi ábrázolása, amely a napjához képest sokkal nagyobb bolygót tartalmaz, mint a jelenlegi modellek jósolják. Köszönetnyilvánítás: Abigail Hope Minnich

A jelenlegi elméletek megkérdőjelezése

A felfedezés feltárja az ismert legnagyobb tömegű bolygót egy ultrahideg törpecsillag körüli pályán, amely a világegyetem legkisebb tömegű és leghidegebb csillaga. Ez a felfedezés ellentmond a jelenlegi elméleteknek a kis csillagok körüli bolygóképződésről, és ez az első alkalom, hogy ilyen nagy tömegű bolygót kis tömegű csillag körül keringenek.

„Ez a felfedezés igazán rávilágít arra, hogy milyen keveset tudunk az univerzumról” – mondta Suvrath Mahadevan, a Penn State csillagász- és asztrofizika professzora és a tanulmány társszerzője. „Nem számítottunk egy ilyen masszív bolygóra egy kis tömegű csillag körül.”

Az LHS 3154, Földünk és Napunk közötti kollektív összehasonlítás művészi megjelenítése. Köszönet: Pennsylvania Állami Egyetem

Csillagok és bolygók kialakulása

Elmagyarázta, hogy a csillagok nagy gáz- és porfelhőkből jönnek létre. A csillag kialakulása után a gáz és a por anyagkorongokként marad az újszülött csillag körül, amely végül bolygókká fejlődhet.

„Az LHS 3154 kis tömegű csillag körüli bolygóképző korong várhatóan nem rendelkezik elegendő szilárd tömeggel a bolygó kialakításához” – mondta Mahadevan. „De létezik, ezért most újra kell gondolnunk a bolygók és a csillagok kialakulásának megértését.”

A Penn State kutatói, Suvrath Mahadevan és Megan Delamere egy kis csillag körül keringő hatalmas bolygó felfedezését magyarázzák. Köszönet: Pennsylvania Állami Egyetem

Érzékelés HPF használatával

A kutatók az LHS 3154b nevű hatalmas bolygót egy Pennsylvaniában, Mahadevan vezette tudóscsoport által épített csillagászati ​​spektrográf segítségével figyelték meg. A Habitable Zone Planet Finder vagy HPF névre keresztelt eszköz célja a Naprendszerünkön kívüli leghidegebb csillagok körül keringő bolygók felfedezése, amelyek felszínén folyékony víz – az élet kulcsfontosságú összetevője – lehet.

Bolygók felfedezése ultrahideg csillagok körül

Noha nagyon nehéz ilyen bolygókat észlelni a Naphoz hasonló csillagok körül, az ultrahideg csillagok alacsony hőmérséklete azt jelenti, hogy azok a bolygók, amelyek felületükön folyékony vizet tartalmaznak, sokkal közelebb vannak csillagukhoz, mint a Föld és a Nap. Ez a rövidebb távolság e bolygók és csillagaik között az ultrahideg csillagok kisebb tömegével kombinálva kimutatható jelet eredményez, amely jelzi a bolygó jelenlétét – magyarázta Mahadevan.

„Gondoljon úgy, mintha egy csillag egy tábortűz lenne. Minél hűvösebb lesz a tűz, annál közelebb kerülünk ahhoz a tűzhöz, hogy melegek maradjanak” – mondta Mahadevan. „Ugyanez igaz a bolygókra is. Ha a csillag hűvösebb, a bolygónak közelebb kell lennie ahhoz a csillaghoz, hogy elég meleg legyen ahhoz, hogy folyékony vizet tartalmazzon. Ha egy bolygó pályája elég közel van az ultrahideg csillagához, akkor észlelhetjük, ha a csillag spektrumának színében vagy fényében nagyon csekély változást látunk, ahogy egy keringő bolygó vonzza.

A művész képe az LHS 3154b-ről a kis tömegű gazdacsillag felé nyíló lehetséges kilátásról. Tekintettel nagy tömegére, az LHS 3154b valószínűleg Neptunuszhoz hasonló összetételű. Hitelképesség: Penn State

A HPF jelentősége

A texasi McDonald Obszervatóriumban található Hobby-Eberly teleszkópnál található HPF a közeli csillagok infravörös jeleinek eddigi legnagyobb felbontású méréseit biztosítja.

„A HPF-fel való felfedezés nagyon különleges volt, mivel ez egy új műszer, amelyet az alapoktól kezdve terveztünk, fejlesztettünk és építettünk azzal a céllal, hogy ismeretlen bolygópopulációkat vizsgáljunk meg kisebb tömegű csillagok körül” – mondta Gumundur Stefansson. NASA Sagan ösztöndíjas az asztrofizikában Princeton egyetem és a lap vezető szerzője, aki segített a HPF kidolgozásában, és Penn State-ben végzős hallgatóként dolgozott a tanulmányon. „Most aratjuk a jutalmakat, új és váratlan aspektusokat tanulunk meg ennek az izgalmas bolygócsoportnak, amely néhány közeli csillag körül kering.”

Az eszköz már fontos információkat szolgáltatott Felfedezés és megerősítés Stefansson elmagyarázta, hogy vannak új bolygók, de az LHS 3154b bolygó felfedezése minden várakozást felülmúlt.

A bolygókeletkezési elméletek újragondolása

„A HPF-fel és más műszerekkel végzett jelenlegi felmérések alapján egy olyan objektum, mint amilyet mi fedeztünk fel, valószínűleg rendkívül ritka, így a felfedezés nagyon izgalmas volt” – mondta Megan Delamere, a Penn State csillagász végzős hallgatója és a kutatás társszerzője. projekt. papír. „A bolygókeletkezéssel kapcsolatos jelenlegi elméleteink nehezen tudják megmagyarázni, amit látunk.”

Delamere kifejtette, hogy az LHS 3154 csillag körül keringő felfedezett hatalmas bolygó esetében a csapat mérései alapján a nehézbolygó magjához nagyobb mennyiségű szilárd anyagra lenne szükség a bolygó korongjában, mint azt a jelenlegi modellek jósolják. A felfedezés kérdéseket vet fel a csillagkeletkezés előzetes megértésével kapcsolatban is, mivel a csillagkörüli korongban, például az LHS 3154-ben – amikor még fiatal volt és újonnan alakult – a tömeg és a por/gáz aránya tízszer magasabb lehetett. Abból, amit megfigyeltek egy olyan hatalmas bolygó kialakítása érdekében, mint amilyet a csapat fedezett fel.

„Amit felfedeztünk, extrém tesztpéldát jelent az összes létező bolygókeletkezési elmélethez” – mondta Mahadevan. „Pontosan erre építettük a HPF-et, hogy felfedezzük, hogyan alkotnak a galaxisunkban leggyakrabban előforduló csillagok a bolygókat – és megtaláljuk ezeket a bolygókat.”

Hivatkozás: „A Neptun-Tömeg Exobolygó Gumundur Stefansson, Suvrath Mahadevan, Yamila Miguel, Paul Robertson, Megan Delamere, Shubham Kanodia, Caleb I. Kanias, Joshua N. Wynn, Joe B. Neenan, Ryan „szoros pályán egy kis tömegű csillag dacol a formáció modelljeivel” C. Therrien, Ray Holcomb, Eric B. Ford, Brianna Zawadzki, Brendan B. Bowler, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott Diddams, Michael Endell, Connor Frederick, Samuel Halverson, Fred Harty, Gary J. Hill, Andrea S. J. Lane, Andrew J. Metcalf, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright és Gregory Zeman, 2023. november 30. Tudományok.
doi: 10.1126/science.abo0233

További Penn State szerzők a papíron Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay és Jason Wright. A cikk további szerzői: Joshua Wen a Princetoni Egyetemről, Yamila Miguel a Leiden Egyetemről, Paul Robertson, a Kaliforniai Egyetemről, Ray Holcomb, a Kaliforniai Egyetemről és Shubham Kanodia, a Kaliforniai Egyetemről. Carnegie Tudományos IntézetCaleb Kanias a NASA Goddard Űrrepülési Központjától, Joe Neenan az indiai Tata Fundamental Research Institute-tól, Ryan Therrien a Carleton College-tól, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endel és Gary Hill a Texasi Egyetemről, valamint Chad Bender az egyetemről Texasból Austinban. Arizonai Egyetem, Scott Diddams, Connor Frederick és Andrew Metcalf a Coloradói Egyetemről, Samuel Halvorson a Kaliforniai Műszaki Egyetem Sugárhajtási Laboratóriumából, Andrew Munson az Arizonai Egyetemről, Arpita Roy a Johns Hopkins Egyetemről, Christian Schwab Az ausztrál Macquarie Egyetem és Gregory Zeeman, a Hobby Telescope munkatársa, Eberly a Texasi Egyetemen, Austinban.

Ezt a munkát a Penn State-i Exobolygók és Élhető Világok Központja, a Pennsylvaniai Space Grant Consortium, a National Aeronautics and Space Administration, a National Science Foundation és a Hysing-Simons Alapítvány finanszírozta.