Egy nagyon vékony „vattacukor” exobolygó felfedezése sokkolta a tudósokat – „Nem tudjuk megmagyarázni, hogyan keletkezett ez a bolygó”

A csillagászok felfedeztek egy hatalmas, alacsony sűrűségű WASP-193b bolygót, amely 50%-kal nagyobb, mint a mi bolygónk. Jupiter De sűrűsége hasonló a vattacukoréhoz. Ez a felfedezés megkérdőjelezi a jelenlegi bolygókeletkezési elméleteket, mivel a tudósok nem tudják megmagyarázni, hogyan alakulhatna ki egy ilyen bolygó.

A csillagászok egy hatalmas, pihe-puha, idegen golyót fedeztek fel egy bolygón, amely egy távoli csillag körül kering galaxisunkban Tejút galaxis. A felfedezésről május 14-én számoltak be a folyóiratban Természet csillagászat A kutatók által Massachusetts Institute of TechnologyA belgiumi Liège Egyetemen és máshol végzett felfedezés ígéretes kulcsa annak a rejtélynek, hogy hogyan alakulnak ki ezek az ultrakönnyű óriásbolygók.

A WASP-193b nevű új bolygó Jupiter méretű törpének tűnik, de sűrűsége töredéke a sűrűségének. A tudósok megállapították, hogy a gázóriás 50%-kal nagyobb, mint a Jupiter, és körülbelül tizedével sűrűbb, ami nagyon alacsony, hasonlóan a vattacukor sűrűségéhez.

A WASP-193b az eddig felfedezett második legkönnyebb bolygó, a legkisebb után. Neptun-Mint a világ, Kepler 51d. Az új bolygó sokkal nagyobb mérete és rendkívül könnyű sűrűsége a WASP-193b-t valamivel kiugróvá teszi az eddig felfedezett több mint 5400 bolygó között.

„Valóban nagyon ritka az ilyen kis sűrűségű óriási objektumok megtalálása” – mondja Khaled Al-Barqawi, a tanulmány vezető szerzője és az MIT posztdoktori kutatója. „Létezik a puffadt Jupitereknek nevezett bolygók osztálya, és már 15 éve rejtély, hogy mik is ők. Ez az osztály szélsőséges esete.

„Nem tudjuk, hova helyezzük ezt a bolygót a kialakulási elméleteinkben, mert mindegyikben anomália” – teszi hozzá Francisco Pozuelos, a társszerző, az andalúziai Asztrofizikai Intézet vezető kutatója. Spanyolországban. „Nem tudjuk megmagyarázni, hogyan alakult ki ez a bolygó a klasszikus evolúciós modellek alapján, ha közelebbről megvizsgáljuk a légkörét, lehetővé válik számunkra, hogy evolúciós utat kapjunk.

Az MIT-tanulmány társszerzői közé tartozik Julian de Wit, az MIT Föld-, légkör- és bolygótudományi tanszékének adjunktusa, valamint Artem Burdanov, az MIT posztdoktori kutatója, valamint számos európai intézmény munkatársa.

A művész benyomása a WASP-193b rendszerről. Hitel: Liège-i Egyetem

“Érdekes fejlesztés”

Az új bolygót kezdetben a Wide Angle Search for Planets Project, vagyis a WASP, a tudományos intézmények közötti nemzetközi együttműködés fedezte fel, amelyek együttesen két robotobszervatóriumot működtetnek, egyet az északi féltekén, egyet pedig a délen. Mindegyik obszervatórium egy sor széles látószögű kamerát használ több ezer egyedi csillag fényességének mérésére az egész égbolton.

A 2006 és 2008 között, majd 2011 és 2012 között végzett felmérések során a WASP-South Observatory észlelte a WASP-193, a közeli, napszerű csillag időszakos áthaladását, amely a Föld fényétől 1232 évre található . A csillagászok megállapították, hogy a csillag fényességének időszakos csökkenése összhangban van azzal, hogy egy bolygó kering a csillag körül, és 6,25 naponta blokkolja a fényét. A tudósok megmérték a teljes fénymennyiséget, amelyet a bolygó minden egyes áthaladással blokkolt, így becslést adtak az óriásbolygó méretére, körülbelül akkora, mint egy szuper-Jupiter.

Ezután a csillagászok a bolygó tömegének meghatározására törekedtek, ez a mérték pedig felfedi a sűrűségét, és talán az összetételére is utalhat. A tömegbecsléshez a csillagászok általában a radiális sebességet használják, egy olyan technikát, amellyel a tudósok elemzik a csillag spektrumát vagy a fény különböző hullámhosszait, miközben a bolygó kering a csillag körül. Egy csillag spektruma bizonyos módokon változhat attól függően, hogy mi vonzza a csillagot, például a bolygó, amelyen kering. Minél nagyobb egy bolygó, és minél közelebb van a csillagához, annál jobban eltolódik a spektruma – ez a torzítás, amely képet ad a tudósoknak a bolygó tömegéről.

A WASP-193 b esetében a csillagászok további nagy felbontású spektrumokat kaptak a csillagról, amelyeket különféle földi teleszkópok vettek fel, és megpróbálták a sugárirányú sebességet felhasználni a bolygó tömegének kiszámításához. De folyamatosan üresen jött fel, pontosan azért, mert, mint kiderült, a bolygó túl könnyű volt ahhoz, hogy a csillagán észleljék.

„A nagy bolygókat általában nagyon könnyű észlelni, mivel általában nagy tömegűek, és nagy hatást gyakorolnak a csillagukra” – magyarázza De Wit. „De ami ebben a bolygóban volt nehéz, az az volt, hogy bár hatalmas volt, tömege és sűrűsége olyan alacsony volt, hogy nagyon nehéz volt kimutatni pusztán a radiális sebesség technikával. Érdekes fejlemény volt.”

„[WASP-193b] „Olyan enyhe, hogy négy évbe telt az adatok összegyűjtése és kimutatása, hogy tömeges volt a jel, de valójában nagyon kicsi” – mondja Barqawi.

„Kezdetben nagyon alacsony sűrűséget kaptunk, és először nagyon nehéz volt elhinni” – teszi hozzá Buzuelos. „Többször megismételtük az összes adat elemzésének folyamatát, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy ez a bolygó valódi sűrűsége, mert olyan ritka.”

Felfújt világ

Végül a csapat megerősítette, hogy a bolygó valóban nagyon könnyű. Kiszámították, hogy tömege körülbelül 0,14 a Jupiter tömegének. Sűrűsége a tömegéből származtatva körülbelül 0,059 gramm volt köbcentiméterenként. Ezzel szemben a Jupiter tömege körülbelül 1,33 gramm köbcentiméterenként; A Föld köbcentiméterenként 5,51 grammal nagyobb. Az új puffadt bolygóhoz sűrűségében legközelebb álló anyag a vattacukor, amelynek sűrűsége körülbelül 0,05 gramm köbcentiméterenként.

„A bolygó annyira könnyű, hogy nehéz ehhez hasonló szilárd anyagot elképzelni” – mondja Barqawi. „Az ok, amiért közel áll a vattacukorhoz, az az, hogy mindkettő többnyire könnyű gázokból áll, nem pedig szilárd anyagokból. A bolygó alapvetően nagyon vékony.”

A kutatók azt gyanítják, hogy az új bolygó nagyrészt hidrogénből és héliumból áll, mint a legtöbb más gázóriás a galaxisban. A WASP-193b esetében ezek a gázok valószínűleg rendkívül puffadt légkört alkotnak, amely több tízezer kilométerrel túlnyúlik a Jupiter légkörén. Hogy egy bolygó hogyan tud ilyen mértékben felduzzadni, és továbbra is fenntartani ilyen extrém fénysűrűséget, az olyan kérdés, amelyre a bolygókeletkezésről még egyetlen létező elmélet sem tud választ adni.

Annak érdekében, hogy jobb képet kapjanak az új vékony világról, a csapat azt tervezi, hogy egy korábban kifejlesztett D-Wit technikát alkalmaz a bolygó légkörének bizonyos tulajdonságainak levezetésére, például hőmérsékletére, összetételére és nyomására a különböző mélységekben. Ezek a tulajdonságok azután felhasználhatók a bolygó tömegének pontos kiszámítására. Egyelőre a csapat úgy látja, hogy a WASP-193b ideális jelölt az olyan megfigyelőközpontok által végzett nyomon követési vizsgálatokhoz, mint a WASP-193b. James Webb űrteleszkóp.

„Minél nagyobb egy bolygó légköre, annál több fény tud áthaladni rajta” – mondja de Wit. „Tehát ez a bolygó egyértelműen az egyik legjobb célpont a légköri hatások tanulmányozására. Rosetta-kőként fog szolgálni a kidudorodó Jupiterek rejtélyének megfejtéséhez.”

Hivatkozás: „Kiterjedt, alacsony sűrűségű légkör a Jupiter-méretű WASP-193 b bolygó körül”, írta Khaled Al-Barqawi, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audry, Mathilde Timmermans, Amaury H. M. G. Triode és Richard G. West, 2024. május 14. Természet csillagászat.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Ezt a kutatást részben az Egyetemi Szövetség és a WASP brit Tudományos és Technológiai Létesítmények Tanácsa finanszírozta; Európai Kutatási Tanács; Vallónia-Brüsszel Unió; valamint a Heising-Simons Alapítvány, Colin és Leslie Masson, valamint Peter A. Gilman, akik támogatják az Artemisz és más SPECULOOS teleszkópokat.