Halott csillag körül keringő bolygót találtak

A megállapítások előrevetíthetik, hogy mi várhat Naprendszerünk legnagyobb bolygóira – mint például a Jupiter és a Szaturnusz gázóriásaira –, amikor a Nap 5 milliárd év múlva elpusztul.

A csillagászok 2020-ban egy rejtélyes, Jupiter méretű bolygót fedeztek fel , amely egy halott fehér törpecsillag körül keringett. A bolygónktól 80 fényévnyire található WD 1856 b hétszer nagyobb, mint a Föld.

„Ez az egyik legbizarrabb bolygórendszer, amelyet ismerünk” – mondta dr. Christopher O'Connor, a Nature folyóiratban szerdán megjelent , a megfigyeléseket részletező tanulmány társszerzője. O'Connor posztdoktori ösztöndíjas, aki a Northwestern Egyetem Interdiszciplináris Asztrofizikai Kutatóközpontjában csillag- és bolygósztrofizikát és -dinamikát tanulmányoz.

Amikor egy hatalmas, Naphoz hasonló csillag kimeríti a magjában lévő hidrogén üzemanyagot, több mint százszorosára tágul, mielőtt sűrű fehér törpévé omlik össze. Tekintettel a WD 1856b közelségére csillagához – 50-szer közelebb, mint a Föld a Napunkhoz –, a csillagászok nem voltak biztosak abban, hogyan élte túl a bolygó a pusztulást.

A WD 1856 b valószínűtlen túlélési útjának nyomon követése érdekében O'Connor és kollégái a James Webb űrteleszkóp segítségével örökítették meg a bolygó legfrissebb képeit, és mérték légkörét, tömegét és hőmérsékletét. A csapat szinte minden megállapítása váratlan volt – és arra utalt, hogy a hatalmas bolygók korábban lehetetlennek tartott módon is túlélhetik gazdacsillaguk pusztulását.

Egy különc bolygó

A bolygó szűk pályája, valamint a WD 1856 b és gazdacsillagának eltérő relatív méretei arra ösztönözték O'Connort és kollégáit, hogy további vizsgálatokat végezzenek.

„Egy elméleti asztrofizikus számára egy furcsa objektum megtalálása ott, ahol »nem kellene« lennie, egy kicsit olyan érzés, mint egy felhívás az univerzumtól, hogy kreatívan keressen magyarázatot” – írta O'Connor egy e-mailben.

A Webb-bel végzett megfigyelések azonban kihívást jelentettek. A csapatnak korlátozott lehetőségei voltak megfigyelni egy átvonulást, vagyis a csillagfény csökkenését, amikor egy bolygó elhalad a csillaga előtt. A halott fehér törpék sokkal halványabbak, mint a Webb-bel általában megfigyelhető bolygókat befogadó csillagok – mondta a tanulmány társszerzője, Victoria Boehm, a Cornell Egyetem csillagászati ​​tanszékének végzős hallgatója.

„A dolgokat még nehezebbé teszi, hogy a bolygó átvonulása mindössze 8 percig tart, tehát nagyon valószínű, hogy ha pislogunk, akkor lemaradunk róla” – mondta Boehm egy nyilatkozatban. „Csak Webb képes elegendő fényt befogni a WD 1856 b spektrumának megtekintéséhez, miközben ezt elég gyorsan teszi ahhoz, hogy ne mulassza el az átvonulást.”

De a spektrum, vagyis a csillag légkörén áthaladó fényének rögzített adatai korábban ismeretlen információkat tártak fel a WD 1856 b-ről.

A csapat megállapította, hogy a bolygó tömege négy-tizenegyszerese a Jupiter tömegének.

A WD 1856 b által kibocsátott infravörös fény arra utal, hogy a hőmérséklete körülbelül 260 Fahrenheit-fok (127 Celsius-fok) – ez körülbelül 240 fokkal melegebb, mintha kizárólag a halott csillag melegítené.

A csapat az új méréseket kombinálta a Jupiterhez és a Szaturnuszhoz hasonló óriásbolygók időbeli lehűlését vizsgáló modellekkel, ami a tömegükhöz viszonyítva kiszámítható ütemben történik.

Az eredmények azt mutatták, hogy a bolygó eredetileg biztonságosabb, sokkal nagyobb távolságból keringett a csillag körül. A WD 1856b azonban felmelegedett, miközben a csillag halála után befelé vándorolt.

Az „elnyelési modell” azt sugallja, hogy a bolygót valójában elnyelte a gazdacsillag, miközben az a méretének növekedésével pusztulás előtt túlélte, de sikerült túlélnie – mondta O'Connor. A „gravitációs kölcsönhatási modell” alternatívaként azt állítja, hogy a WD 1856 b elkerülte a csillag haláltusáját, de a rendszerben lévő más objektumok gravitációs hatása közelebb sodorta a fehér törpéhez – tette hozzá.

„Mindkét esetben okkal feltételezhetjük, hogy a bolygó belülről felmelegszik az erőszakos migrációs folyamat melléktermékeként” – mondta O'Connor. „Az első forgatókönyv szerint a migráció és a felmelegedés a gazdacsillag halálával egyidejűleg, vagyis körülbelül hatmilliárd évvel ezelőtt következett be. A második forgatókönyvben ez több milliárd évvel később is megtörténhet a gravitációs kölcsönhatások káosza miatt.”

A csapat adatai arra utalnak, hogy a bolygó felmelegedése körülbelül 1 milliárd évvel ezelőtt történt, ami kizárhatja a bekebelezés esélyét – ahogy a Webb-spektrum is, amely a bolygó kémiai összetételére utaló jeleket mutatott ki.

„Apró felhőrészecskék és szénhidrogének, valószínűleg metán árulkodó jeleit láttuk, ami az első alkalom, hogy egy halott csillag felett áthaladó bolygó légkörét láttuk” – mondta Boehm. „Nemrégiben a WD 1856 b további négy átvonulását figyeltük meg a Webb-bel, hogy mélyebben megvizsgálhassuk a légköri kémiáját, és alig várjuk az eredményeket.”

A metán bősége újabb bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a bolygó a vörös óriás fázisban nem ment keresztül bekebelezésen, mivel az felhígította volna a gáz mennyiségét, miközben a bolygó hidrogént vett fel a csillagból – mondta a vezető szerző, dr. Ryan MacDonald, a skóciai St. Andrews Egyetem extraszoláris bolygókkal foglalkozó előadója.

Dr. Caroline Morley, az Austini Texasi Egyetem csillagászati ​​tanszékének docense szerint az új tanulmány – amely a bolygó meglehetősen melegére utal – és a korábbi , általa társszerzőként végzett kutatás – amely a bolygót sokkal hidegebbnek azonosította – közötti következtetett hőmérsékleti eredmények eltérései elgondolkodtatóak. Morley nem vett részt az új tanulmányban.

„Vannak okok a szkepticizmusra azzal az eredménnyel kapcsolatban, hogy a bolygó a csillagfejlődés során „újramelegedett” – írta Morley egy e-mailben. „Úgy gondolom, hogy a metán jelenlétének előzetes észlelése hihetőnek tűnik, és a felhők és/vagy ködök észlelése szilárd bizonyíték. Ezen a hőmérsékleten a jelen lévő „aeroszolok” legjobb első találgatása a vízfelhők, amelyek ilyen hőmérsékleten képződnek és meglehetősen sűrűvé válnak.”

Bár a légköri metán kimutatása nem volt meglepő, a gáz mennyisége magasabb volt a vártnál – mondta Dr.
Ian Crossfield, a Kansasi Egyetem fizika és csillagászat docense. Crossfield nem vett részt az új tanulmányban, de tagja volt annak a csapatnak, amely 2020-ban felfedezte a WD 1856 b galaxist – írja a CNN.

„A bolygó jelenlegi pályájára való vándorlásával kapcsolatos következtetések provokatívak, bár valószínűleg további vizsgálatokra van szükség, mielőtt szilárd következtetéseket vonhatnánk le” – írta Crossfield egy e-mailben. „A tanulmány bemutatja, hogy a JWST legkiemelkedőbb bolygómegfigyelései továbbra is a gázóriások – a saját Jupiterünk vagy Szaturnuszunk analógjai – megfigyelései, még akkor is, ha a csillag, amely körül keringenek, már régen meghalt.”