Naukowcy z University of Oxford I innych ośrodków badawczych opisali dwie niezwykłe planety (DOI 10.1093/mnras/stag864). Globy nazwane TOI-791 b i TOI-791 c krążą wokół gwiazdy karłowatej typu F7, znajdującej się nieco ponad tysiąc lat świetlnych od Ziemi, w południowym gwiazdozbiorze Ryby Latającej. Ich wyjątkowość polega na tym, że choć mają rozmiary podobne jak Jowisz, to mają ekstremalnie niską gęstość. W przypadku TOI-791 b jest to tylko 0,038, a TOI-791 c – 0,047 grama na centymetr sześcienny.

Dla porównania gęstość Jowisza wynosi natomiast 1,33 grama na centymetr sześcienny.

Planety są więc rzadsze od waty cukrowej – podkreślają naukowcy.

Powstały najprawdopodobniej w tym samym czasie, z tego samego dysku gazowo-pyłowego. Znajdują się one w szczególnej relacji grawitacyjnej, znanej jako rezonans ruchu średniego 5:3 – na każde pięć orbit wykonanych przez planetę wewnętrzną, planeta zewnętrzna wykonuje niemal dokładnie trzy obiegi wokół gwiazdy. To sprawia, że w ciągu swojej wędrówki planety wielokrotnie przyciągają się nawzajem, powodując mierzalne przesunięcia momentów ich tranzytów na tle macierzystej gwiazdy.

„Znamy zaledwie garstkę takich superpuchatych planet, a znalezienie dwóch w tym samym układzie jest jeszcze rzadsze. Ich skrajnie małe gęstości czynią je fascynującymi obiektami do badań nad tym, jak układy planetarne powstają i ewoluują” – mówi dr George Dransfield z University of Oxford, główna autorka pracy opublikowanej w piśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Badacze informują, że oba nietypowe światy zostały po raz pierwszy zidentyfikowane jako kandydatki na planety odpowiednio w 2019 i 2023 r. przez wolontariuszy, uczestniczących w obywatelskim projekcie naukowym Planet Hunters TESS. Polega on na przeszukiwaniu danych z należącego do NASA satelity Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) w poszukiwaniu możliwych nowych egzoplanet.

Informacje o rozmiarach uzyskano, analizując tranzyty – czyli przechodzenie planety na tle macierzystej gwiazdy, co wiąże się z przesłanianiem gwiezdnego światła. Masy określono natomiast na podstawie wzajemnych oddziaływań grawitacyjnych.

Odkrycie wymagało obserwacji trwających aż osiem lat – podkreślają badacze. Wykorzystano m.in. teleskop ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) w stacji Concordia na Antarktydzie. Jak wyjaśniają astronomowie, antarktyczna zima zapewniła miesiące ciągłej ciemności, które pozwoliły na zarejestrowanie wyjątkowo długich tranzytyów planet (każdy trwał ponad 11 godzin), w ramach jednej, nieprzerwanej obserwacji.

Nadal nie jest jednak pewne, w jaki sposób powstają planety o tak niskiej gęstości. Według jednej z teorii mają one ogromne, bogate w wodór i hel atmosfery, które stanowią znaczną część ich całkowitej masy. Mogły one utworzyć się, gdy planety powstawały daleko od swojej gwiazdy, w zimnych rejonach dysku protoplanetarnego, gdzie gaz mógł się ochładzać i szybko gromadzić wokół stałego jądra – wyjaśniają eksperci.

Dalsze obserwacje mają dostarczyć więcej szczegółów.

„System ten stanowi wyjątkowe laboratorium do badań tego, jak powstają i ewoluują planety o super-niskiej gęstości. Proponujemy przeprowadzenie obserwacji z wykorzystaniem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, aby sprawdzić, czy obszerna atmosfera zawiera związki zawierające węgiel, azot i tlen. Mogłoby to dostarczyć nowych informacji o tym, jak powstały te niezwykłe planety” – mówi współautor odkrycia, prof. Amaury Triaud z University of Birmingham.

„Te wieloplanetarne układy są złożone – zachodzą w nich oddziaływania grawitacyjne między planetami, które ewoluują w bardzo długich skalach czasu, liczonych w dziesiątkach lat lub więcej. To odkrycie podkreśla znaczenie ciągłej międzynarodowej współpracy w astronomii. Połączenie obserwacji z Antarktydy, teleskopów kosmicznych i obserwatoriów na kilku kontynentach było niezbędne, aby ujawnić prawdziwą naturę tych niezwykłych planet” – dodaje współautor badania, Tristan Guillot z Université Côte d’Azur.

Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/