Potężna planeta o niewielkiej masie. WASP-107b przyprawia naukowców o ból głowy już tym, że istnieje

Aktualnie znamy już ponad 4000 planet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce. Co więcej, na przestrzeni prawie 30 lat poszukiwania egzoplanet, naukowcy odkryli wiele planet należących do kategorii, których w Układzie Słonecznym w ogóle nie ma. Są wśród nich superziemie, czyli planety skaliste o masie wielokrotnie większej od Ziemi, gorące jowisze, czyli planety gazowe krążące bardzo blisko swoich gwiazd, czy też chłodne neptuny. Okazało się, że to, co znamy z własnego podwórka, to jedynie wycinek całej menażerii planetarnej. Dzięki temu naukowcy musieli wziąć się do roboty i spróbować zrozumieć procesy prowadzące do powstania tych nowych rodzajów planet. 

Dotychczas badacze uważali, że planety gazowe rozmiarów Jowisza czy Saturna powstawały najpierw jako skaliste stałe jądra planetarne o masie rzędu dziesięciu mas Ziemi. Grawitacja takiego obiektu mogła skutecznie i szybko przyciągać i więzić gaz, który stopniowo tworzył rozległą gazową otoczkę planety. Przy mniejszej masie jądro nie byłoby w stanie utrzymać takich ilości gazu. Co więcej, proces ten musiał być na tyle szybki, aby planeta zdołała uzbierać swoją rozległą masę, zanim z jej otoczenia zniknie bogaty w gaz i pył dysk protoplanetarny otaczający bardzo młode Słońce. Model ten sprawdzał się do teraz. 

Mowa tutaj o planecie odkrytej w 2017 r. Jest to oddalony od nas o 212 lat świetlnych gazowy olbrzym o rozmiarach Jowisza okrążający swoją gwiazdę macierzystą w ciągu zaledwie 5,7 ziemskich dni. Odległość między gwiazdą a planetą jest mniejsza niż 10 mln km (dla porównania odległość Słońce-Ziemia to 150 mln km). 

Wyróżniającą cechą tej planety jest jednak jej masa. Okazuje się bowiem, że choć rozmiarami przypomina ona Jowisza, to jest dziesięciokrotnie od niego lżejsza. Oznacza to, że mamy  do czynienia z planetą niezwykle rzadką, rozdętą. Masę planety udało się ustalić obserwując jej wpływ na ruch gwiazdy. Okrążając swoją gwiazdę, planeta wywiera na nią wpływ grawitacyjny, powodując nieznaczne wahania gwiazdy w kierunku do i od Ziemi. W przypadku gwiazdy WASP-107 efekt ten jest bardzo niewielki.  

Tworząc model wnętrza tak dużej planety o tak niskiej masie, naukowcy doszli do wniosku, że jej jądro nie może być większe niż cztery masy Ziemi. To z kolei oznacza, że aż 85 proc. masy planety stanowi jej rozległa, rozdęta otoczka gazowa (dla porównania w przypadku Neptuna jest to zaledwie 5-15 proc.). 

To było duże zaskoczenie dla naukowców, bowiem czysto teoretycznie taka planeta nie powinna istnieć z co najmniej dwóch powodów. Po pierwsze: skaliste jądro o masie czterokrotnie większej od masy Ziemi nie powinno być w stanie przyciągnąć tak ogromnych ilości gazu. Po drugie: małe jądro skaliste, niska grawitacja, dużo gazu i... niewielka odległość od gwiazdy? Czy zatem promieniowanie samej gwiazdy nie powinno z łatwością „zdmuchnąć” całej otoczki gazowej? 

Problem ten można częściowo rozwiązać, jeżeli założy się, że planeta powstała bardzo daleko od swojej gwiazdy, w zewnętrznych rejonach dysku protoplanetarnego. Promieniowanie gwiazdy jest tam dużo słabsze, gaz jest zimniejszy i wolniejszy, a więc łatwiej przywiązuje się grawitacyjnie do obiektów skalistych. Być może zatem WASP-107b powstała w takim miejscu, a potem w jakiś sposób przeniosła się bliżej swojej gwiazdy? 

W toku analizy danych dotyczących gwiazdy WASP-107 naukowcy doszli do wniosku, że wokół niej krąży jeszcze jedna planeta. Tym razem jest to masywniejszy obiekt, o masie trzykrotnie niższej od masy Jowisza. Planeta WASP-107c znajduje się dużo dalej od gwiazdy i okrąża ją raz na trzy lata. Co jednak najważniejsze: WASP-107c porusza się po bardzo eliptycznej orbicie, przez co naprzemiennie zbliża się i oddala od gwiazdy. To z kolei wskazuje, na silne interakcje między planetami w tym układzie. Wiele wskazuje zatem na to, że nasza rozdęta planeta faktycznie powstała daleko od swojej gwiazdy, ale wskutek interakcji grawitacyjnych z drugą, masywniejszą od niej planetą, została wrzucona do środka układu planetarnego i znalazła się tak blisko swojej gwiazdy, jak to obserwujemy obecnie. 

Pozostaje zatem pytanie, jak długo na tej nowej orbicie planeta będzie w stanie utrzymać swoją otoczkę gazową? Czy promieniowanie gwiazdy ją skutecznie zdmuchnie? 

Na te pytania naukowcy będą próbowali jeszcze znaleźć odpowiedź za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, kiedy ten w końcu znajdzie się w przestrzeni kosmicznej. Aktualnie start teleskopu planowany jest na koniec 2021 roku.