Planeta o rozmiarach Neptuna krąży wokół pobliskiej młodej gwiazdy
Przez ponad 10 lat astronomowie szukali planet krążących wokół AU Microscopii, pobliskiej gwiazdy wciąż otoczonej dyskiem odłamków pozostałych po jej formowaniu. Teraz naukowcy analizujący dane z teleskopu kosmicznego TESS oraz Spitzer poinformowali o odkryciu planety o rozmiarach zbliżonych do rozmiarów Neptuna krążącej wokół tej gwiazdy.
Układ AU Mic stanowi wyjątkowe laboratorium do badania procesów formowania i ewolucji planet i ich atmosfer oraz interakcji z ich gwiazdami macierzystymi.
AU Mic to młody, pobliski karzeł typu M. Jest on otoczony rozległym dyskiem odłamków, w którym dostrzeżono już przemieszczające się zagęszczenia pyłu, a teraz dzięki TESS i Spitzerowi odkryto także planetę, której rozmiary można było zmierzyć bezpośrednio. Nie znamy żadnego innego układu planetarnego, który znalibyśmy z tylu stron
– mówi Bryson Cale, doktorant z George Mason University w Fairfax.
Nowa planeta – AU Mic b – została opisana w artykule naukowym opublikowanym 24 czerwca w periodyku Nature.
AU Mic to chłodny czerwony karzeł w wieku około 20-30 mln lat, co oznacza, że w porównaniu do Słońca jest to noworodek (Słońce jest 150 razy starsze). Gwiazda jest tak młoda, że w dużej mierze świeci ciepłem generowanym przez ściskającą ją grawitację. Mniej niż 10% energii emitowanej przez gwiazdę pochodzi z procesu fuzji wodoru w hel, który np. zasila Słońce.
Gwiazda znajduje się 31,9 lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Mikroskop. Jest ona elementem pobliskiej grupy gwiazd Beta Pictoris, która swoją nazwę zawdzięcza większej, gorętszej gwieździe typu A, wokół której krążą dwie planety oraz dysk odłamków.
Planeta okrąża swoją gwiazdę w ciągu zaledwie 8 dni.
Choć oba układy planetarne są w tym samym wieku, ich planety znacząco się od siebie różnią. Planeta AU Mic b niemalże ociera się o swoją gwiazdę, okrążając ją w zaledwie 8,5 dnia. Masa planety jest 58 razy większa od masy Ziemi, co oznacza, że najbardziej przypomina Neptuna. Planety Beta Pictoris b i c są co najmniej 50 razy masywniejsze od AU Mic b i na okrążenie swojej gwiazdy potrzebują aż 21 i 3,3 roku.
Wydaje nam się, że AU Mic b powstała znacznie dalej od swojej gwiazdy i z czasem się do niej zbliżyła na obecną odległość. Do takiej zmiany odległości mogły doprowadzić interakcje grawitacyjne z innymi planetami lub z dyskiem gazowym. W przeciwieństwie do niej, orbita Bety Pictoris b niemal w ogóle się nie zmieniła. Różnice między tymi układami planetarnymi mogą nam z czasem wiele powiedzieć o procesach formowania planet i ich migracji w układach planetarnych.
- mówi Thomas Barclay, badacz na Uniwersytecie Maryland i zastępca głównego naukowca projektu TESS.
Poszukiwanie planet krążących wokół gwiazd takich jak AU Mic stanowi duże wyzwanie. Te burzliwe gwiazdy obdarzone są silnym polem magnetycznym i mogą być pokryte plamami gwiezdnymi – chłodniejszymi, ciemniejszymi i silnie magnetycznymi regionami podobnymi do plam słonecznych – z których często uwalniane są silne rozbłyski. Tak plamy jak i rozbłyski odpowiadają za duże zmiany jasności gwiazdy.
W lipcu i sierpniu 2018 r., gdy TESS obserwował AU Mic, na powierzchni gwiazdy doszło do wielu rozbłysków, a wśród nich były także rozbłyski większe od największych kiedykolwiek obserwowanych na Słońcu. Po szczegółowej analizie badaczom udało się usunąć je z danych obserwacyjnych.
Gdy planeta przechodzi na tle gwiazdy z naszej perspektywy, w trakcie tak zwanego tranzytu, jej przejście powoduje charakterystyczny spadek jasności gwiazdy. Teleskop kosmiczny TESS obserwuje rozległe połacie nieba przez 27 dni na raz. W trakcie takiej sesji kamery teleskopu wykonują regularne zdjęcia nieba, umożliwiając naukowcom śledzenie zmian jasności gwiazd.
Regularne spadki jasności gwiazdy wskazują na możliwość występowania w jej otoczeniu planety. Zazwyczaj naukowcy potrzebują co najmniej dwóch kolejnych tranzytów, aby potwierdzić obecność planety.
Ponieważ ilość światła blokowanego przez tranzyt zależy od rozmiaru planety i jej odległości od gwiazdy, obserwacje przeprowadzone za pomocą TESS i Spitzera pozwoliły bezpośrednio zmierzyć rozmiary AU Mic b. Analiza pomiarów wskazuje, że planeta jest o 8 proc. większa od Neptuna. Z kolei obserwacje prowadzone za pomocą teleskopów naziemnych pozwalają nałożyć górne ograniczenie na masę planety.
Gdy planeta okrąża swoją gwiazdę, grawitacyjnie na nią oddziałuje, przez co gwiazda nieznacznie przesuwa się w stronę planety. Niezwykle czułe instrumenty zainstalowane na największych teleskopach naziemnych mogą wykryć ten ruch gwiazdy, tzw. prędkość radialną. Dzięki temu naukowcy byli w stanie ustalić, że AU Mic b musi mieć masę mniejszą niż 58 mas Ziemi. Naukowcy przypuszczają, że AU Mic b nie jest jedyną planetą krążącą wokół AU Mic. W ciągu najbliższych kilku miesięcy TESS ponownie będzie obserwował ten sam obszar nieba w poszukiwaniu dodatkowych tranzytów.
