A TESS-űrtávcsővel felfedezett planéták jól mutatják, hogyan alakulnak ki ezek a különös bolygók. A Földtől több mint 1100 fényévre lévő TOI-791b és TOI-791c exobolygókra akkor találtak rá, amikor elhaladtak közös csillaguk előtt.
A TOI-791b akkora, mint a Jupiter, de tömege csupán 3%-a annak. Egy olyan világ tehát, amelynek sűrűsége mindössze 0,038 gramm köbcentiméterenként, vagyis a víz sűrűségének 26-oda. A TOI-791c nagyobb a Jupiternél, és kétszer akkora tömegű, mint a társa, vagyis kissé nagyobb a sűrűsége. A felfedezésről a kutatók a Montly Notices of the Royal Astronomical Society szaklapban számoltak be.
„Alig néhány szuperpufi bolygót ismerünk, az pedig még ritkább, hogy egyazon rendszerben találjunk kettőt.” – mondja a kutatócsoport vezetője, George Dransfield (University of Oxford). Eddig még csak egy olyan rendszert találtak a csillagászok, amelyben két hasonló bolygó kering. „Rendkívül alacsony sűrűségük miatt nagyon jó célpontok annak kutatására, hogyan alakulnak ki és miképpen fejlődnek a bolygórendszerek.”
Kis tömeg, hosszú keringési idő
A kutatók azért tudták kiszámítani a planéták tömegét, mert a pályáik között szinte tökéletes rezonancia áll fenn. Ahogy egymásra hatnak, a csillaguk előtti elhaladásuk időpontja akár 50 perccel is eltolódhat.
Caroline Piaulet-Ghorayeb (University of Chicago) szerint, aki nem vett részt a kutatásban, ezek a tömegmérések nem számítanak egyszerű feladatnak. „Nagyon nehéz egy bolygó tényleges tömegét megállapítani, mert a két planéta tömegeinek különböző kombinációi ugyanazt a jelet eredményezhetik.” – mondja. „Ahhoz, hogy végleges választ kapjunk arra, hogy mennyire puffadtak ezek a bolygók, valószínűleg további vizsgálatokra lesz szükség.”
A két exobolygó másik kiemelkedő jellemzője a keringési idő: 139, illetve 232 nap alatt kerülik meg a csillagukat. Az ilyen hosszú keringési idejű pályák teljes jellemzéséhez nagyon sok megfigyelési időre van szükség. A kutatócsoport összesen hét év alatt gyűjtött 1122 napnyi kutatási adatot elemzett.
Szuperpufi eredet
A hosszú keringési idő magyarázatot ad a szuperpufi planéták eredetére is. A hasonló bolygók általában a belső pályákon keringenek, ahol a légkörük a csillaghoz való közelségük miatt felmelegedhet és felfúvódhat. Az kialakulásuk azonban a csillagtól távolabb történhet.
„Úgy gondoljuk, hogy ezek a planéták legkönnyebben a csillaguktól távol alakulhatnak ki.” – mondja Piaulet-Ghorayeb. „Hogy mi hiányzott még? Ahhoz, hogy ellenőrizhessük ezt az elméletet, olyan szuperpufi planétákat kellett találnunk, amelyek közelebb vannak a feltételezett kialakulási helyükhöz, és a kutatók éppen ezt tették.”
A csillaguktól távol lévő, kialakulóban lévő bolygóknak számos okból könnyebb kiterjedt légkört felhalmozniuk. A hűvösebb gáznak kisebb a termikus nyomása, így a bolygó könnyebben gyűjtheti magára az anyagot még akkor is, ha nem elég nagy tömegű3. Ráadásul távolabbi pályán gyengébb a csillag gravitációs ereje, így nem gátolja a planéta hidrogén és hélium felhalmozását.
A most felfedezett két szuperpufi exobolygó azonban közelebb van a csillaghoz, mint az ilyen folyamatok számára ideális távolság. Lehetséges, hogy eredetileg távolabb keringtek, majd beljebb vándoroltak, de éppen csak annyira, hogy a körülmények megfelelőek legyenek. Ha közelebb merészkedtek volna a csillaghoz, az egyre növekvő hő hatására a puffadt légkörük felmelegedett és elpárolgott volna.
Ahhoz, hogy jobban megismerjük őket, további megfigyelésekre lesz szükség. A kutatók azt tervezik, hogy a James Webb-űrtávcsővel figyelik meg a rendszert, hogy szén-, nitrogén- és oxigéntartalmú molekulákat keressenek a planéták légkörében. Ezek a kémiai összetevők felfedhetik, hogy valóban egy hűvösebb környezetből örökítették-e át hidrogénben és héliumban gazdag légkörüket.
További tranzitidő-adatokra is szükség lesz nemcsak az egyes bolygók tömegének pontosításához, amelyek Piaulet-Ghorayeb szerint bizonytalan értékek, de annak nyomon követéséhez is, hogy a rendszer gravitációs tánca miképp változik az idő múlásával. Ez akár évtizedekig is eltarthat.
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/cotton-candy-exoplanets-two-for-the-price-of-one/
A felfedezést ismertető szakcikk: https://academic.oup.com/mnras/article/549/4/stag864/8715235?login=false
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet