Vedci pracovali na modeloch formovania planét ešte predtým, ako sme vedeli, že exoplanéty existujú. Tieto modely sa pôvodne riadili vlastnosťami planét v našej slnečnej sústave a ukázalo sa, že sú pozoruhodne dobré pri zohľadnení exoplanét, ktoré nemajú v našej slnečnej sústave obdobu, ako sú super-Zeme a horúce Neptúny. Keď sa k tomu pridá schopnosť planét pohybovať sa vďaka gravitačným interakciám, zvyčajne sa dajú brať do úvahy vlastnosti exoplanét.

Dnes veľký medzinárodný tím výskumníkov oznamuje objav niečoho, čo naše modely nedokážu vysvetliť. Je veľký asi ako Neptún, no je asi štyrikrát väčší. Jeho hustota – oveľa vyššia ako hustota železa – zodpovedá tomu, že celá planéta je takmer úplne pevná alebo má oceán dostatočne hlboký na to, aby ponoril celé planéty. Zatiaľ čo ľudia, ktorí ju objavili, ponúkajú dve teórie jej vzniku, ani jedna nie je obzvlášť pravdepodobná.

Zvláštny cudzinec

Štúdium novej planéty začalo tak, ako to robia mnohí teraz: bola identifikovaná ako objekt záujmu satelitom Transiting Exoplanet Survey (TOI, pre TESS Object of Interest). TOI-1853 je hviezda o niečo menšia ako naše Slnko, s hmotnosťou asi 0,8-krát. Existovali jasné náznaky blízkej planéty, teraz nazývanej TOI-1853 b. Planéta obieha blízko svojej hostiteľskej hviezdy a úplnú obežnú dráhu dokončí za 1,24 dňa.

Výskumníci použili tento čas na určenie vzdialenosti, ktorú planéta obieha. Na základe kombinácie tejto vzdialenosti, veľkosti hviezdy a množstva svetla, ktoré planéta blokuje, je možné odhadnúť veľkosť planéty. Ukazuje sa, že je to asi 3,5-násobok polomeru Zeme, čo znamená, že je len o niečo menšia ako Neptún.

To samo o sebe nie je nezvyčajné. Bolo objavených veľa planét veľkosti Neptúna. Ale kombinácia veľkosti a blízkosti hviezdy je nečakaná. A umiestni ju do takzvanej „horúcej Neptúnovej púšte“, kde z atmosféry planéty vystreľuje intenzívne žiarenie z hviezdy. Neptúny, ktoré sa dostanú do horúceho púštneho štátu, ich nakoniec zbavia kamenného jadra, čím sa z nich stanú super-Zeme.

Čo teda robil TOI-1853 b v púšti? Aby to vedci zistili, použili pozemné observatóriá na sledovanie pohybu svojej hostiteľskej hviezdy, keď sa gravitačná sila TOI-1853 b menila, keď sa pohybovala po svojej obežnej dráhe. Zrýchlenie pohybu hviezdy spôsobené týmto oblakom sa dá použiť na odhad hmotnosti planéty.

Ukazuje sa, že TOI-1853 b má veľa z bloku. Jeho hmotnosť sa odhaduje na 73-násobok hmotnosti Zeme alebo viac ako štvornásobok hmotnosti Neptúna. To samozrejme znamená, že jeho zloženie musí byť veľmi odlišné od zloženia Neptúna.

Chrumkavé zvnútra aj zvonku?

Výskumníci, ktorí sa podieľali na jeho objave, strávia veľa textu opisom toho, aké zvláštne je to, čo robí TOI-1853 b. Existujú planéty s podobnými hustotami, ale zvyčajne oveľa menšie, čo sú super-Zeme, ktoré vznikli odstránením planéty podobnej Neptúnu z jej atmosféry. Existujú planéty s podobnou hmotnosťou, ale asi dvakrát tak hmotné, ktoré by pravdepodobne mali rozsiahle atmosféry a / alebo oceány. „Zaberá oblasť orbitálnej hviezdokopy [distance] Vedci dospeli k záveru, že „oblasť horúcich planét, ktorá bola predtým bez tiel, zodpovedá suchšej oblasti horúcej Neptúnovej púšte.“

Zvláštnosti tam nekončia. Dve kombinácie dávajú zmysel vzhľadom na hustotu hry. Jedným z nich je, že planéta je takmer celá vyrobená z kamenného materiálu ako Zem, pričom veľmi tenká atmosféra predstavuje maximálne jedno percento jej hmotnosti. Alternatívou je, že hmota je rovnomerne rozložená medzi skalnaté jadro a obrovskú vrstvu vody.

Samozrejme, toto nebude voda, ako ju poznáme. Kvôli blízkosti svojej hostiteľskej hviezdy a obrovským tlakom z tohto veľkého oceánu by aspoň časť tejto vody bola v superkritickom stave a tlak v blízkosti skalnatého jadra by prinútil vodu vytvárať vysokotlakové pevné látky. Veci budú rovnako zvláštne vo vnútri srdca. Ako vedci poznamenávajú, „vlastnosti hmoty pri takých vysokých centrálnych tlakoch zostávajú neisté.“

Nielenže sa snažíme pochopiť jeho súčasnosť, ale sme tiež v rozpakoch, pokiaľ ide o jeho minulosť. Malé prachové častice z disku tvoriaceho planétu sa prestanú hromadiť skôr, ako TOI-1853 b dosiahne svoju súčasnú hmotnosť, pretože aj menšia planéta by mohla disk narušiť. Je nepravdepodobné, že by sa vytvoril na svojom súčasnom mieste, vzhľadom na to, že pevné látky tam majú problém kondenzovať.

Dve možnosti, nepravdepodobné

Vedci navrhujú dve možnosti. Jedným z nich je, že skupina malých planét sa vytvorila ďalej a potom destabilizovala svoje obežné dráhy, keď sa disk postupne vyparoval. To mohlo viesť ku kolíziám, ktoré rozbili mnohé planéty, ktoré potom videli, že ich úlomky tvoria jediné telo. Ale tieto procesy majú tendenciu netvoriť jednotlivé telá a pravdepodobne by bolo potrebných veľa planét, aby uniesli materiál v hodnote 73 Zemí.

Alternatívou je, že niekoľko plynových obrov sa sformovalo oveľa ďalej a potom si navzájom destabilizovali obežné dráhy, pričom jeden zostal vysoko excentrický, pričom jedna časť obežnej dráhy bola extrémne blízko k hostiteľskej hviezde. To by mu umožnilo zbierať materiál z vnútorných častí disku tvoriaceho planétu, čo je proces, ktorý by planéte podobnej Jupiteru umožnil takmer zdvojnásobiť svoju hmotnosť. Jeho maximálna obežná dráha mu tiež umožní preniesť atmosféru na hviezdu. Po dokončení týchto procesov slapové interakcie medzi planétou a hviezdou nakoniec urobia jej obežnú dráhu pravidelnejšou.

Na žiadnom z týchto možných formačných mechanizmov nie je nič fyzicky nemožné, ale oba vyžadujú sériu neočakávaných udalostí. Vesmír je veľký a je možné, že sa tieto veci niekde dejú, ale zdá sa nerozumné očakávať, že ich následky zistíme tak rýchlo.

Jediná vec, ktorá by nám mohla pomôcť pochopiť pôvod TOI-1853 b, je prítomnosť iných planét v systéme, čo by nám mohlo pomôcť pochopiť, čo sa dialo vo vnútorných častiach tohto vonkajšieho systému. TOI-1853 b je taká veľká a tak blízko, že vydáva masívny signál a mali by sme problém odhaliť akékoľvek iné planéty v tomto systéme. Výskumníci odhadujú, že v blízkosti hviezdy by mohlo obiehať aj niečo také hmotné ako 10 Zemí, a to nám uniklo. Nepretržitá spätná väzba môže byť kľúčom k pochopeniu systému.

Príroda, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (o digitálnych identifikátoroch).