Zespół astronomów kierowany przez Shubhama Kanodię z Carnegie odkrył niezwykły układ planetarny, w którym duży gazowy olbrzym krąży wokół małego czerwonego karła o nazwie TOI-5205. Ich odkrycia, które zostały opublikowane w czasopiśmie The Astronomical Journal, kwestionują długo utrzymywane poglądy na temat formowania się planet.
Mniejsze i chłodniejsze niż nasze Słońce, karły typu M są najczęstszymi gwiazdami w naszej galaktyce Drogi Mlecznej. Ze względu na swój mały rozmiar gwiazdy te są mniej więcej w połowie tak gorące jak Słońce i znacznie bardziej czerwone. Mają bardzo niską jasność, ale niezwykle długą żywotność. Chociaż czerwone karły mają przeciętnie więcej planet niż inne masywniejsze typy gwiazd, ich historia formowania się czyni z nich mało prawdopodobnych kandydatów do posiadania gazowych olbrzymów.
Nowo odkryta planeta – TOI 5205b – została po raz pierwszy zidentyfikowana jako potencjalny kandydat przez satelitę NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Zespół Kanodii, w skład którego wchodzili Anjali Piette z Carnegie, Alan Boss, Johanna Teske i John Chambers, potwierdził następnie jej planetarną naturę i scharakteryzował ją za pomocą różnych instrumentów i urządzeń naziemnych.
„Gwiazda macierzysta, TOI-5205, jest prawie cztery razy większa od Jowisza, a mimo to udało jej się w jakiś sposób uformować planetę wielkości Jowisza, co jest dość zaskakujące!” wykrzyknął Kanodia, który specjalizuje się w badaniu tych gwiazd, które obejmują prawie trzy czwarte naszej galaktyki, a których nie widać gołym okiem.
Odkryto niewielką liczbę gazowych olbrzymów krążących wokół starszych karłów typu M. Ale do tej pory nie znaleziono żadnego gazowego olbrzyma w układzie planetarnym wokół karła typu M o małej masie, takiego jak TOI-5205. Aby uchwycić porównanie rozmiarów, planetę podobną do Jowisza krążącą wokół gwiazdy podobnej do Słońca można porównać do grochu krążącego wokół grejpfruta; dla TOI-5205b, ponieważ gwiazda macierzysta jest o wiele mniejsza, bardziej przypomina ziarnko grochu krążące wokół cytryny. W rzeczywistości, gdy TOI 5205b o masie Jowisza przecina swoją planetę macierzystą, blokuje około siedmiu procent jej światła – jedno z największych znanych tranzytów egzoplanet.
Planety rodzą się w obracającym się dysku gazu i pyłu, który otacza młode gwiazdy. Najczęściej stosowana teoria powstawania gazowych planet wymaga, aby około 10 mas Ziemi tego materiału skalnego zgromadziło się i utworzyło masywne skaliste jądro, po czym szybko wymiata duże ilości gazu z sąsiednich obszarów dysku, tworząc olbrzymią planetę, którą nazywamy zobacz dzisiaj.
Istotne są ramy czasowe, w których to nastąpi.
„Istnienie TOI-5205b poszerza naszą wiedzę o dyskach, w których te planety się rodzą” – wyjaśnił Kanodia. „Na początku, jeśli w dysku nie ma wystarczającej ilości materiału skalistego, aby utworzyć początkowe jądro, nie można uformować gazowego olbrzyma. Na koniec, jeśli dysk wyparuje, zanim uformuje się masywne jądro, wtedy jeden nie może uformować gazowego olbrzyma. A jednak TOI-5205b powstał pomimo tych barier ochronnych. W oparciu o nasze nominalne obecne rozumienie formowania się planet, TOI-5205b nie powinien istnieć; jest to „zakazana” planeta.
Zespół wykazał, że bardzo duża głębokość tranzytowa planety sprawia, że jest ona wyjątkowo sprzyjająca przyszłym obserwacjom za pomocą niedawno wystrzelonego JWST, który może rzucić nieco światła na jej atmosferę i dostarczyć dodatkowych wskazówek dotyczących tajemnicy jej powstania.
Badania uzupełniające TESS przeprowadzono przy użyciu Wyszukiwarki planet w strefie mieszkalnej (HPF; Teksas, USA) i spektrografu niskiej rozdzielczości (LRS2; Teksas, USA) na 10-metrowym Teleskopie Eberly’ego Hobby’ego, kamerze ARCTIC na 3,5-metrowym Obserwatorium Apache Point (APO; Nowy Meksyk, USA), NN-Explore Exoplanet Stellar Speckle Imager (NESSI, Arizona, USA) na 3,5-metrowym teleskopie WIYN, 0,6-metrowe Obserwatorium Red Buttes (RBO, Wyoming, USA), oraz 0,3-metrowy Teleskop Trzystumilimetrowy (TMMT, Chile).
Innymi członkami zespołu badawczego byli: Suvrath Mahadevan z Penn State University, Jessica Libby-Roberts, Caleb Cañas (również z NASA Goddard Space Flight Center), Andrea Lin, Arvind Gupta, Luke Powers i Lawrence Ramsey; Gudmundur Stefansson z Uniwersytetu Princeton; Greg Zeimann i William Cochran z University of Texas Austin; Andrew Monson i Chad Bender z University of Arizona; Paul Robertson z UC Irvine; Joe Ninan z Instytutu Badań Podstawowych Tata; Scott Diddams z University of Colorado Boulder; Samuel Halverson z Jet Propulsion Laboratory; Suzanne Hawley z Uniwersytetu Waszyngtońskiego; Henry Kobulnicky z University of Wyoming, Brock Parker i Tera Swaby; Andrew Metcalf z Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych; Arpita Roy z Space Telescope Science Institute (również z Johns Hopkins University); Christian Schwab z Macquarie University; Ryana Terriena z Carleton College; oraz John Wiśniewski z George Mason University.