Spłaszczona gwiazda, planeta z zimą trwającą 9 godzin. Witaj na KELT-9 b

KELT-9 b to planeta odkryta w 2017 r., gdy przechodziła na tle tarczy gwiazdy znajdującej się w gwiazdozbiorze Łabędzia, oddalonej od nas o 670 lat świetlnych. Ów tranzyt został zaobserwowany w ramach przeglądu nieba KELT prowadzonego za pomocą dwóch robotycznych teleskopów znajdujących się w Arizonie i w RPA.

Między 18 lipca i 11 września 2019 r. kosmiczny teleskop TESS zarejestrował 27 tranzytów KELT-9 b, podczas których wykonywał pomiary co dwie minuty. Dopiero te obserwacje pozwoliły badaczom opracować model nietypowej gwiazdy i jej wpływu na planetę.

KELT-9 b to gazowy olbrzym o średnicy o 80 proc. większej od średnicy Jowisza i trzy razy od niego masywniejszy. Oddziaływania pływowe sprawiły, że planeta obraca się w takim tempie, że zawsze zwrócona jest do gwiazdy tą samą stroną. Okrążenie gwiazdy macierzystej zajmuje jej zaledwie 36 godzin, w trakcie których planeta przelatuje niemal bezpośrednio nad biegunami gwiazdy.

Ten nietypowy gazowy olbrzym otrzymuje ze swojej gwiazdy 44 000 razy więcej energii niż Ziemia od Słońca. Nic więc zatem dziwnego, że temperatura po „dziennej” stronie gwiazdy wynosi 4300 stopni Celsjusza, czyli więcej niż temperatura powierzchni niektórych gwiazd. Tak intensywne promieniowanie sprawia, że atmosfera planety stopniowo ulatuje w przestrzeń kosmiczną.

Gwiazda KELT-9 jest dwa razy większa od Słońca i o około 56 proc. od niego gorętsza. Co ciekawe, gwiazda rotuje wokół własnej osi 38 razy szybciej niż Słońce, dzięki czemu pełen obrót zajmuje jej zaledwie 16 godzin. Tak wysokie tempo rotacji sprawia, że gwiazda jest spłaszczona na biegunach i rozszerzona na równiku. Z tego też powodu bieguny gwiazdy są gorętsze, a równikowe chłodniejsze i ciemniejsze – to tak zwane pociemnienie grawitacyjne. Różnica między tymi dwoma obszarami na powierzchni gwiazdy wynosi nawet 800 stopni Celsjusza.

Przy każdym okrążeniu gwiazdy planeta doświadcza pełnej palety temperatur, przez co na jej powierzchni niejako zmieniają się pory roku. Lato trwałoby podczas przelotu nad gorącymi biegunami, a zima w płaszczyźnie równikowej. Zatem podczas każdej orbity na powierzchni KELT-9 b pojawiałyby się dwie zimy i dwa lata, z czego każda pora roku trwałaby około 9 godzin.

Obserwowana z Ziemi biegunowa orbita planety KELT-9 b wokół jej gwiazdy sprawia, że widoczne z Ziemi tranzyty zaczynają się w pobliżu jasnych biegunów gwiazdy, a następnie planeta blokuje coraz mniej światła, przelatując nad ciemniejszymi regionami równikowymi gwiazdy. To właśnie ta asymetria pozwoliła naukowcom ustalić zmiany temperatury i jasności powierzchni gwiazdy, a tym samym pozwoliły odtworzyć jej spłaszczony kształt, orientację w przestrzeni oraz zakres temperatur na powierzchni.