Výskumníci z Penn State objavili nezvyčajne masívnu planétu LHS 3154b, ktorá obieha okolo ultrachladnej trpasličej hviezdy. Tento objav, ktorý je v rozpore so súčasnými teóriami, vedie k prehodnoteniu procesov tvorby hviezd a planét.

Podľa výskumníkov z Penn State objav planéty tak masívnej vzhľadom na jej slnko spochybňuje to, čo sa predtým chápalo o formovaní planét a ich slnečných sústav.

Vo výskume uverejnenom 30. novembra v časopise vedyVýskumníci oznámili objav planéty s hmotnosťou viac ako 13-násobku hmotnosti Zeme, ktorá obieha okolo „ultrachladnej“ hviezdy LHS 3154, ktorá je sama o sebe deväťkrát menej hmotná ako Slnko. Pomer hmotnosti novoobjavenej planéty k jej hostiteľskej hviezde je viac ako 100-krát vyšší ako hmotnosť Zeme a Slnka.

Toto video je umeleckým znázornením novoobjaveného systému LHS 3154, ktorý obsahuje planétu oveľa väčšiu v porovnaní s jej Slnkom, ako predpovedajú súčasné modely. Poďakovanie: Abigail Hope Minnich

Náročné súčasné teórie

Objav odhaľuje najhmotnejšiu známu planétu na blízkej obežnej dráhe okolo ultrachladnej trpasličej hviezdy, hviezdy s najnižšou hmotnosťou a najchladnejšej hviezdy vo vesmíre. Tento objav je v rozpore s tým, čo súčasné teórie predpovedajú o formovaní planét okolo malých hviezd, a predstavuje prvý prípad, kedy bola planéta s takou vysokou hmotnosťou pozorovaná obiehajúcu okolo hviezdy s nízkou hmotnosťou.

„Tento objav skutočne ukazuje, ako málo vieme o vesmíre,“ povedal Suvrath Mahadevan, profesor astronómie a astrofyziky z Penn State a spoluautor článku. „Neočakávali sme, že planéta okolo hviezdy s nízkou hmotnosťou.“

Umelecké stvárnenie kolektívneho porovnania medzi LHS 3154, našou Zemou a naším Slnkom. Kredit: Pennsylvania State University

Vznik hviezd a planét

Vysvetlil, že hviezdy vznikajú z veľkých oblakov plynu a prachu. Po vytvorení hviezdy plyn a prach zostanú ako disky materiálu obiehajúce novorodenú hviezdu, z ktorých sa nakoniec môžu vyvinúť planéty.

„Neočakáva sa, že disk tvoriaci planétu okolo hviezdy s nízkou hmotnosťou LHS 3154 bude mať dostatok pevnej hmoty na vytvorenie tejto planéty,“ povedal Mahadevan. „Ale existuje, takže teraz musíme prehodnotiť naše chápanie toho, ako sa tvoria planéty a hviezdy.“

Výskumníci z Penn State Suvrath Mahadevan a Megan Delamere vysvetľujú objav masívnej planéty obiehajúcej okolo malej hviezdy. Kredit: Pennsylvania State University

Detekcia pomocou HPF

Výskumníci pozorovali masívnu planétu s názvom LHS 3154b pomocou astronomického spektrografu, ktorý postavil v Pensylvánii tím vedcov pod vedením Mahadevana. Nástroj s názvom Habitable Zone Planet Finder alebo HPF je navrhnutý tak, aby objavil planéty obiehajúce okolo najchladnejších hviezd mimo našej slnečnej sústavy s potenciálom tekutej vody – kľúčovej zložky života – na ich povrchu.

Objavovanie planét okolo ultrachladných hviezd

Aj keď je veľmi ťažké odhaliť takéto planéty okolo hviezd, ako je naše Slnko, nízka teplota ultrachladných hviezd znamená, že planéty schopné mať na svojom povrchu tekutú vodu sú oveľa bližšie k svojej hviezde ako Zem a Slnko. Táto kratšia vzdialenosť medzi týmito planétami a ich hviezdami v kombinácii s nižšou hmotnosťou ultrachladných hviezd vedie k detekovateľnému signálu, ktorý oznamuje prítomnosť planéty, vysvetlil Mahadevan.

„Myslite na to ako na hviezdu ako na táborák. Čím je oheň chladnejší, tým ste bližšie k ohňu, aby ste zostali v teple,“ povedal Mahadevan. „To isté platí pre planéty.“ Ak je hviezda chladnejšia, planéta bude musieť byť bližšie k hviezde, ak má byť dostatočne teplá, aby obsahovala tekutú vodu. Ak má planéta obežnú dráhu dostatočne blízko svojej ultrachladnej hviezdy, môžeme ju zistiť tak, že vidíme veľmi malú zmenu farby alebo svetla spektier hviezdy, keď ju ťahá obiehajúca planéta.

Umelcovo stvárnenie možného pohľadu z LHS 3154b smerom k svojej hostiteľskej hviezde s nízkou hmotnosťou. Vzhľadom na svoju veľkú hmotnosť má LHS 3154b pravdepodobne zloženie podobné Neptúnu. Kredit: Penn State

Význam HPF

HPF, ktorý sa nachádza na Hobby-Eberlyho ďalekohľade v McDonald Observatory v Texase, poskytuje doteraz niektoré z meraní s najvyšším rozlíšením infračervených signálov z blízkych hviezd.

„Uskutočnenie objavu pomocou HPF bolo veľmi výnimočné, pretože ide o nový prístroj, ktorý sme navrhli, vyvinuli a postavili od základov za účelom pozorovania neznámych planetárnych populácií okolo hviezd s nižšou hmotnosťou,“ povedal Gumundur Stefansson. NASA Saganov člen z astrofyziky Princetonská univerzita a hlavný autor článku, ktorý pomohol vyvinúť HPF a pracoval na štúdii ako postgraduálny študent na Penn State. „Teraz žneme odmeny, učíme sa nové a neočakávané aspekty tejto vzrušujúcej skupiny planét obiehajúcich okolo niektorých blízkych hviezd.“

Nástroj už priniesol dôležité informácie Objav a potvrdenie Stefansson vysvetlil, že existujú nové planéty, ale objav planéty LHS 3154b prekonal všetky očakávania.

Prehodnotenie teórií formovania planét

„Na základe existujúcej prieskumnej práce s HPF a inými prístrojmi je objekt ako ten, ktorý sme objavili, pravdepodobne extrémne vzácny, takže jeho objav bol skutočne vzrušujúci,“ povedala Megan Delamere, postgraduálna študentka astronómie na Penn State a spoluautorka výskumu. projektu. papier. „Naše súčasné teórie o formovaní planét majú problém vysvetliť, čo vidíme.“

Delamere vysvetlil, že v prípade objavenej masívnej planéty obiehajúcej okolo hviezdy LHS 3154 by jadro ťažkej planéty odvodené meraniami tímu vyžadovalo väčšie množstvo pevného materiálu na disku planéty, ako predpovedajú súčasné modely. Objav tiež vyvoláva otázky o predchádzajúcom chápaní tvorby hviezd, pretože pomer hmoty a prachu k plynu v cirkumhviezdnom disku ako LHS 3154 – keď bol mladý a novo sa formoval – musel byť desaťkrát vyšší. Z toho, čo bolo pozorované, aby sa vytvorila masívna planéta, ako je tá, ktorú objavil tím.

„To, čo sme objavili, poskytuje extrémny testovací prípad pre všetky existujúce teórie formovania planét,“ povedal Mahadevan. „Presne na to sme postavili HPF, aby sme zistili, ako najbežnejšie hviezdy v našej galaxii tvoria planéty – a aby sme tieto planéty našli.“

Odkaz: „A Neptún– omša Exoplanéta „Na tesnej obežnej dráhe okolo hviezdy s nízkou hmotnosťou vzdoruje modelom formovania“ od Gumundura Stefanssona, Suvratha Mahadevana, Yamily Miguel, Paula Robertsona, Megan Delamere, Shubham Kanodia, Caleba I. Kaniasa, Joshuu N. Wynn, Joe B. Neenana, Ryana C. Therrien, Ray Holcomb, Eric B. Ford, Brianna Zawadzki, Brendan B. Bowler, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott Diddams, Michael Endell, Connor Frederick, Samuel Halverson, Fred Harty, Gary J. Hill, Andrea S. J. Lane, Andrew J. Metcalf, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright a Gregory Zeman, 30. novembra 2023, vedy.
doi: 10.1126/science.abo0233

Ďalšími autormi tohto článku z Penn State sú Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay a Jason Wright. Ďalšími autormi tohto článku sú Joshua Wen z Princetonskej univerzity, Yamila Miguel z Leidenskej univerzity, Paul Robertson z Kalifornskej univerzity, Irvine, Ray Holcomb z Kalifornskej univerzity a Shubham Kanodia z Kalifornskej univerzity. Carnegieho inštitút pre veduCaleb Kanias z Goddard Space Flight Center NASA, Joe Neenan z indického Tata Fundamental Research Institute, Ryan Therrien z Carleton College, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endel a Gary Hill z Texaskej univerzity v Austine a Chad Bender z univerzity z Texasu v Austine. University of Arizona, Scott Diddams, Connor Frederick a Andrew Metcalf z University of Colorado, Samuel Halvorson z Laboratória prúdového pohonu Kalifornského technologického inštitútu, Andrew Munson z University of Arizona, Arpita Roy z Johns Hopkins University, Christian Schwab z Macquarie University v Austrálii a Gregory Zeeman z Hobby Telescope.Eberly na University of Texas v Austine.

Táto práca bola financovaná Centrom pre exoplanéty a obývateľné svety v Penn State, Space Grant Consortium of Pennsylvania, National Aeronautics and Space Administration, National Science Foundation a Hysing-Simons Foundation.