Astronomowie dokonali rzadkiego odkrycia małej, zimnej egzoplanety i jej masywnego zewnętrznego towarzysza, rzucając światło na powstawanie planet takich jak Ziemia.
Odkrycia obejmują planetę o promieniu i masie pomiędzy Ziemią a Neptunem, której potencjalna orbita wokół gwiazdy macierzystej trwa 146 dni. Układ gwiezdny zawiera także zewnętrznego, dużego towarzysza o masie 100 razy większej od Jowisza.
To rzadkie odkrycie, gdyż egzoplanety mniejsze i lżejsze od Neptuna i Urana są niezwykle trudne do wykrycia, a do dziś zidentyfikowano tylko kilka. Takie rzadkie układy są szczególnie interesujące, ponieważ pozwalają lepiej zrozumieć powstawanie i ewolucję planet; Uważa się, że stanowią one kluczowy krok w wykrywaniu planet podobnych do Ziemi krążących wokół gwiazd.
Nowy układ planetarny odkryto wokół gwiazdy HD88986. Gwiazda ta ma temperaturę podobną do Słońca, ale ma nieco większy promień i jest wystarczająco jasna, aby mogła ją dostrzec bystry obserwator w miejscach ciemnego nieba w Wielkiej Brytanii, takich jak Park Narodowy Bannau Brycheiniog (Brecon Beacons).
Badaniem, opublikowanym w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics, kieruje Neda Heidari, irańska stażystka podoktorska w Institut d'astrophysique de Paris (IAP). W Wielkiej Brytanii Thomas Wilson, starszy pracownik naukowy na Uniwersytecie w Warwick, współkierował analizą danych satelitarnych, w tym poszukiwaniem nowych planet. W skład zespołu wchodzą także badacze z 29 innych instytutów z dziewięciu krajów, w tym Szwajcarii, Chile i USA.
Zimna egzoplaneta przypominająca Neptuna
Układ planetarny obejmuje zimną planetę mniejszą od Neptuna, tak zwany podNeptun, HD88986b. Ta planeta ma najdłuższy okres orbitowania (146 dni) spośród znanych egzoplanet mniejszych niż Neptun czy Uran, dla których istnieją dokładne pomiary masy.
Neda Heidari, IAP, wyjaśniła: „Większość planet, które odkryliśmy i zmierzyliśmy pod kątem ich masy i promienia, ma krótkie orbity, zwykle krótsze niż 40 dni. Aby zapewnić porównanie z naszym Układem Słonecznym, nawet Merkury, planeta najbliższa Układowi Słonecznemu, Pełne okrążenie Słońca zajmuje 88 dni. Brak wykrycia planet o dłuższych orbitach stwarza wyzwania w zrozumieniu, w jaki sposób powstają i ewoluują planety w innych układach, a nawet w naszym Układzie Słonecznym. HD88986b, z okresem orbity wynoszącym 146 dni, potencjalnie ma najdłuższa znana orbita wśród populacji małych planet z precyzyjnymi pomiarami.”
HD88986b wykryto za pomocą SOPHIE – wysoce precyzyjnego spektrografu (urządzenia analizującego długości fal światła z egzoplanet) w Obserwatorium Haute-Provence we Francji. SOPHIE wykrywa i charakteryzuje egzoplanety za pomocą „metody prędkości radialnej”; mierząc drobne zmiany ruchu gwiazdy wywołane przez krążące wokół niej planety.
Obserwacje te odsłoniły planetę i pozwoliły zespołowi oszacować jej masę na około 17 mas Ziemi.
Uzupełniające obserwacje uzyskane za pomocą należącego do NASA teleskopu kosmicznego Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) i kosmicznego teleskopu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) charakteryzujące satelitę ExOPlanet (CHEOPS) wskazują, że planeta prawdopodobnie „przechodzi” przed swoją gwiazdą macierzystą. Dzieje się tak, gdy jej orbita przechodzi na linii wzroku pomiędzy Ziemią a gwiazdą, częściowo zasłaniając gwiazdę, powodując spadek jej jasności, który można zaobserwować i określić ilościowo.
Obserwacje wykonane przez oba satelity pozwoliły zespołowi bezpośrednio oszacować średnicę planety na około dwukrotnie większą od średnicy Ziemi. Wyniki badania opierają się na ponad 25 latach obserwacji, w tym danych z satelity Gaia należącego do ESA i Teleskopu Kecka na Hawajach.
Co więcej, przy temperaturze atmosfery wynoszącej zaledwie 190 stopni Celsjusza, HD88986b zapewnia rzadką okazję do zbadania składu tak zwanych „zimnych” atmosfer, ponieważ większość wykrytych atmosfer egzoplanet ma temperaturę powyżej 1000 stopni Celsjusza.
Ze względu na szeroką orbitę podNeptuna HD88986b (aż 60% odległości Ziemia-Słońce), HD88986b prawdopodobnie uległa rzadkim interakcjom z innymi planetami, które mogą istnieć w układzie planetarnym, oraz niewielkiej utracie masy pod wpływem silnego ultrafioletu promieniowanie gwiazdy centralnej. Być może zatem zachował swój pierwotny skład chemiczny, co umożliwiło naukowcom zbadanie możliwych scenariuszy powstawania i ewolucji tego układu planetarnego.
Thomas Wilson z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Warwick powiedział: „HD88986b to w zasadzie pomniejszony Neptun znajdujący się pomiędzy orbitami Merkurego i Wenus. Staje się jedną z najlepiej zbadanych małych, zimnych egzoplanet, torujących drogę do badania jej atmosfery rozumiemy podobieństwo do naszej planety Ziemia. Okrąża ona także gwiazdę o temperaturze podobnej do Słońca, co czyni ją prekursorem planet podobnych do Ziemi, które można znaleźć za pomocą kosmicznego teleskopu PLATO, w którym Warwick odgrywa wiodącą rolę.
Drugi, zewnętrzny towarzysz
Astronomowie odkryli także drugiego, zewnętrznego towarzysza wokół gwiazdy centralnej. Ta egzoplaneta jest szczególnie masywna (ponad 100 razy większa od masy Jowisza), a jej orbita trwa kilkadziesiąt lat. Aby zrozumieć jego naturę i lepiej określić jego właściwości, potrzebne są dalsze obserwacje.
Thomas Wilson dodał: „Zbieraliśmy dane z teleskopów skierowanych na HD88986 przez ponad 25 lat, co czyni go jednym z najdłużej badanych układów egzoplanet. To bogactwo danych ujawniło drugiego zewnętrznego towarzysza, masywniejszego od Jowisza, który mógł mieć znaczenie dla powstawania gwiazd planetę podobną do Neptuna w podobny sposób jak Jowisz w naszym Układzie Słonecznym.”