Po raz pierwszy astronomowie zauważyli egzoplanetę, której orbita zanika wokół wyewoluowanej lub starszej gwiazdy macierzystej. Wydaje się, że dotknięty świat jest skazany na spiralne zbliżanie się i zbliżanie do swojej dojrzewającej gwiazdy, aż do zderzenia i ostatecznego unicestwienia.
Odkrycie oferuje nowy wgląd w długotrwały proces rozpadu orbity planetarnej, dostarczając pierwszego spojrzenia na system na tym późnym etapie ewolucji.
Uważa się, że śmierć przez gwiazdę czeka wiele światów i może być ostatecznym adios Ziemi za miliardy lat, gdy nasze Słońce będzie się starzeć.
„Wcześniej wykryliśmy dowody na istnienie egzoplanet inspirujących ich gwiazdy, ale nigdy wcześniej nie widzieliśmy takiej planety wokół wyewoluowanej gwiazdy” — mówi Shreyas Vissapragada, stypendysta 51 Pegasi b w Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i główny autor nowego badania opisującego wyniki. „Teoria przewiduje, że wyewoluowane gwiazdy są bardzo skuteczne w wysysaniu energii z orbit swoich planet, a teraz możemy zweryfikować te teorie obserwacjami”.
Odkrycia zostały opublikowane w poniedziałek w The Astrophysical Journal Letters.
Pechowa egzoplaneta została oznaczona jako Kepler-1658b. Jak sama nazwa wskazuje, astronomowie odkryli egzoplanetę za pomocą kosmicznego teleskopu Keplera, pionierskiej misji poszukiwania planet, która rozpoczęła się w 2009 roku. Co dziwne, świat był pierwszym kandydatem na egzoplanetę, jaki kiedykolwiek zaobserwował Kepler. Jednak potwierdzenie istnienia planety zajęło prawie dekadę, kiedy to obiekt wszedł oficjalnie do katalogu Keplera jako 1658 pozycja.
Kepler-1658b to tak zwany gorący Jowisz, przezwisko nadawane egzoplanetom o masie i rozmiarze równym Jowiszowi, ale poruszającym się po niezwykle bliskich orbitach wokół swoich gwiazd macierzystych. W przypadku Keplera-1658b odległość ta stanowi zaledwie jedną ósmą odległości między naszym Słońcem a jego najciaśniejszą orbitującą planetą, Merkurym. W przypadku gorących Jowiszów i innych planet, takich jak Kepler-1658b, które są już bardzo blisko swoich gwiazd, rozpad orbity z pewnością zakończy się zniszczeniem.
Pomiar rozpadu orbit egzoplanet stanowił wyzwanie dla badaczy, ponieważ proces ten jest bardzo powolny i stopniowy. W przypadku Kepler-1658b, według nowych badań, jej okres orbitalny zmniejsza się w minimalnym tempie około 131 milisekund (tysięcznych części sekundy) na rok, przy czym krótsza orbita wskazuje, że planeta zbliżyła się do swojej gwiazdy.
Wykrycie tego spadku wymagało wielu lat uważnej obserwacji. Zegarek rozpoczął się od Keplera, a następnie został przechwycony przez Teleskop Hale w Obserwatorium Palomar w Południowej Kalifornii, a wreszcie przez Teleskop do Przeglądu Egzoplanet Tranzytowych (TESS), który został wystrzelony w 2018 roku. Wszystkie trzy instrumenty uchwyciły tranzyty, czyli moment, w którym egzoplaneta przecina twarz swojej gwiazdy i powoduje bardzo nieznaczne pociemnienie jasności gwiazdy. W ciągu ostatnich 13 lat odstęp między tranzytami Keplera-1658b nieznacznie, ale stale się zmniejszał.
Podstawową przyczyną rozpadu orbity, którego doświadcza Kepler-1658b, są pływy – to samo zjawisko, które odpowiada za codzienne wznoszenie się i opadanie ziemskich oceanów. Pływy są generowane przez interakcje grawitacyjne między dwoma orbitującymi ciałami, na przykład między naszym światem a Księżycem lub Kepler-1658b i jego gwiazdą. Grawitacja ciał zniekształca wzajemnie swoje kształty, a gdy ciała reagują na te zmiany, uwalniana jest energia. W zależności od odległości, rozmiarów i szybkości rotacji zaangażowanych ciał, te interakcje pływowe mogą skutkować odpychaniem się ciał – w przypadku Ziemi i wolno poruszającego się po spirali Księżyca – lub do wewnątrz, jak w przypadku Keplera- 1658b w kierunku swojej gwiazdy.
Wciąż jest wiele rzeczy, których badacze nie rozumieją na temat tej dynamiki, szczególnie w scenariuszach gwiezdnych planet. W związku z tym dalsze badania systemu Kepler-1658 powinny okazać się pouczające.
Gwiazda ewoluowała do punktu w swoim gwiezdnym cyklu życia, w którym zaczęła się rozszerzać, tak jak oczekuje się tego od naszego Słońca, i weszła w to, co astronomowie nazywają fazą podolbrzyma. Wewnętrzna struktura wyewoluowanych gwiazd powinna łatwiej prowadzić do rozpraszania energii pływów pobranej z orbit planet macierzystych w porównaniu z gwiazdami niewyewoluowanymi, takimi jak nasze Słońce. Przyspiesza to proces rozpadu orbity, ułatwiając badanie w ludzkich skalach czasowych.
Wyniki dodatkowo pomagają w wyjaśnieniu wewnętrznej osobliwości Keplera-1658b, który wydaje się jaśniejszy i gorętszy niż oczekiwano. Oddziaływania pływowe zmniejszające orbitę planety mogą również wytwarzać dodatkową energię w samej planecie, mówi zespół.
Vissapragada wskazuje na podobną sytuację z księżycem Jowisza Io, najbardziej wulkanicznym ciałem w Układzie Słonecznym. Grawitacyjne przyciąganie i odpychanie Jowisza na Io topi wnętrzności planety. Ta stopiona skała następnie wybucha na słynną piekielną, przypominającą pizzę powierzchnię księżyca, zawierającą żółte osady siarki i świeżą czerwoną lawę.
Zestawienie dodatkowych obserwacji Keplera-1658b powinno rzucić więcej światła na interakcje ciał niebieskich. Ponieważ TESS ma nadal badać tysiące pobliskich gwiazd, Vissapragada i współpracownicy spodziewają się, że teleskop odkryje wiele innych przypadków egzoplanet krążących w kanałach swoich gwiazd macierzystych.
„Teraz, gdy mamy dowody na inspirację planety wokół wyewoluowanej gwiazdy, możemy naprawdę zacząć udoskonalać nasze modele fizyki pływów” – mówi Vissapragada. „System Kepler-1658 może w ten sposób służyć jako laboratorium niebieskie przez nadchodzące lata, a przy odrobinie szczęścia wkrótce będzie ich znacznie więcej”.
Vissapragada, który niedawno dołączył do Centrum Astrofizyki kilka miesięcy temu i jest teraz mentorem Mercedes López-Morales, oczekuje dalszego dramatycznego postępu w nauce o egzoplanetach.
„Shreyas był mile widzianym dodatkiem do naszego zespołu pracującego nad charakteryzacją ewolucji egzoplanet i ich atmosfer” – mówi López-Morales, astronom z Centrum Astrofizyki.
„Nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, co wszyscy razem odkryjemy” – dodaje Vissapragada.