Neplynový obr s hmotností 73násobku hmotnosti Země mate své objevitele – Ars Technica

Vědci pracovali na modelech formování planet ještě předtím, než jsme věděli, že exoplanety existují. Tyto modely se původně řídily vlastnostmi planet v naší sluneční soustavě a ukázalo se, že jsou pozoruhodně dobré při zohlednění exoplanet, které nemají v naší sluneční soustavě obdoby, jako jsou super-Země a horké Neptuny. Když se k tomu přidá schopnost planet pohybovat se díky gravitačním interakcím, lze obvykle zohlednit vlastnosti exoplanet.

Dnes velký mezinárodní tým výzkumníků oznamuje objev něčeho, co naše modely nedokážou vysvětlit. Je velký asi jako Neptun, ale čtyřikrát větší. Jeho hustota – mnohem vyšší než u železa – je v souladu s tím, že celá planeta je téměř úplně pevná nebo má oceán dostatečně hluboký, aby ponořil celé planety. Zatímco lidé, kteří ji objevili, nabízejí dvě teorie pro její vznik, ani jedna není příliš pravděpodobná.

Podivný cizinec

Studium nové planety začalo stejně jako nyní: byla identifikována jako objekt zájmu družicí Transiting Exoplanet Survey Satellite (TOI, pro TESS Object of Interest). TOI-1853 je hvězda o něco menší než naše Slunce, s hmotností asi 0,8 krát. Existovaly jasné známky existence planety blízko hvězdy, nyní nazývané TOI-1853 b. Planeta obíhá blízko své hostitelské hvězdy a celý oběh dokončí za 1,24 dne.

Vědci použili tento čas k určení vzdálenosti, ve které se planeta otáčí. Na základě kombinace této vzdálenosti, velikosti hvězdy a množství světla blokovaného planetou je možné odhadnout velikost planety. Ukázalo se, že je to asi 3,5 násobek poloměru Země, což znamená, že je o něco menší než Neptun.

To samo o sobě není nic neobvyklého. Bylo objeveno mnoho planet velikosti Neptun. Ale kombinace velikosti a blízkosti hvězdy je nečekaná. Umístí ji do toho, čemu se říká „horká poušť Neptunu“, kde z atmosféry planety vyzařuje intenzivní záření hvězdy. Neptuni, kteří se dostanou do horkého pouštního státu, skončí zbaveni svého skalnatého jádra, což z nich udělá super-Země.

Co tedy TOI-1853 b dělal v poušti? Aby to vědci zjistili, použili pozemské observatoře ke sledování pohybu hostitelské hvězdy, jak se gravitační síla TOI-1853 b měnila, když se pohybovala po své oběžné dráze. Zrychlení pohybu hvězdy způsobené tímto odporem lze použít k odhadu hmotnosti planety.

Ukazuje se, že TOI-1853 b má mnoho Z mše. Jeho hmotnost se odhaduje na 73násobek hmotnosti Země nebo více než čtyřnásobek hmotnosti Neptunu. Zjevně to znamená, že jeho složení musí být zcela odlišné od složení Neptunu.

Křupavé zevnitř i zvenku?

Vědci, kteří se podíleli na jeho objevu, stráví značnou část textu popisem toho, jak zvláštní TOI-1853 b je. Existují planety s podobnou hustotou, ale obvykle mnohem menší, což jsou super-Země vzniklé odstraněním atmosféry planety podobné Neptunu. Existují planety s podobnou hmotností, ale asi dvakrát tak velké a pravděpodobně s rozsáhlou atmosférou a/nebo oceány. „Zabírá oblast orbitální kupy.“ [distance] Vědci dospěli k závěru, že „oblast horkých planet, která byla dříve bez objektů, odpovídá sušší oblasti horké pouště Neptunu“.

Tím podivnosti nekončí. Existují dvě kombinace, které dávají smysl vzhledem k hustotám, které se zde hrají. Jedním z nich je, že planeta je tvořena téměř výhradně kamenným materiálem, jako je Země, s velmi tenkou atmosférou, která tvoří nejvýše jedno procento její hmotnosti. Alternativou je, že hmota je rovnoměrně rozložena mezi skalnaté jádro a obrovskou vrstvu vody.

Samozřejmě to nebude voda, jak ji známe. Vzhledem k její blízkosti ke své hostitelské hvězdě a obrovským tlakům z tohoto velkého oceánu by alespoň část této vody byla v superkritickém stavu a tlak v blízkosti kamenného jádra by nutil vodu vytvářet vysokotlaké pevné látky. Věci budou stejně podivné uvnitř srdce. Jak vědci poznamenávají, „vlastnosti materiálu při tak vysokých centrálních tlacích zůstávají nejisté.“

Nejen, že se snažíme pochopit jeho současnost, jsme na rozpacích, pokud jde o jeho minulost. Malé prachové částice by se přestaly hromadit z disku tvořícího planetu dříve, než TOI-1853 b dosáhne své současné hmotnosti, protože i menší planeta by mohla disk narušit. Je nepravděpodobné, že by se vytvořil na svém současném místě, protože pevné látky tam mají potíže s kondenzací.

Dvě možnosti, nepravděpodobné

Vědci navrhují dvě možnosti. Jedním z nich je, že skupina planetesimál se vytvořila dále a poté se jejich oběžné dráhy destabilizovaly, jak se disk postupně vypařoval. To mohlo vést ke srážkám, které rozbily několik planet, které pak viděly, že jejich trosky tvoří jediné těleso. Ale tyto procesy mají tendenci nevytvářet jednotlivé objekty a pravděpodobně by bylo zapotřebí mnoha planet, aby unesly 73 % zemského ekvivalentu materiálu.

Alternativou je, že se několik plynných obrů zformovalo mnohem dále a pak vzájemně destabilizovalo oběžné dráhy, přičemž jeden zůstal vysoce excentrický, s jednou částí dráhy extrémně blízko hostitelské hvězdy. To by mu umožnilo sbírat materiál z nitra disku tvořícího planetu, což je proces, který by planetě podobné Jupiteru umožnil téměř zdvojnásobit svou hmotnost. Jeho maximální oběžná dráha mu také umožní přenést atmosféru ke hvězdě. Po dokončení těchto procesů slapové interakce mezi planetou a hvězdou nakonec učiní její dráhu pravidelnější.

Na žádném z těchto možných formačních mechanismů není nic fyzicky nemožného, ​​ale oba vyžadují řadu neočekávaných událostí. Vesmír je velký a tyto věci se pravděpodobně někde stanou, ale zdá se nerozumné očekávat, že jejich výsledky najdeme tak rychle.

Jedna věc, která by nám mohla pomoci pochopit původ TOI-1853 b, je přítomnost dalších planet v systému, což by nám mohlo pomoci pochopit, co se dělo ve vnitřních částech tohoto vnějšího systému. TOI-1853 b je tak velký a tak blízko, že vysílá masivní signál a měli bychom problémy s detekcí jakékoli jiné planety v tomto systému. Výzkumníci odhadují, že něco tak hmotného jako 10 pozemských bytostí by také mohlo obíhat blízko hvězdy, a to by nám uniklo. Nepřetržitá zpětná vazba může být klíčem k pochopení systému.

Příroda, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (O digitálních ID).