„Neobvykle masivní“ – Astronomové objevili planetu, která by neměla existovat

Výzkumníci z Penn State objevili neobvykle hmotnou planetu LHS 3154b obíhající kolem ultrachladné trpasličí hvězdy. Tento objev, který je v rozporu se současnými teoriemi, vede k přehodnocení procesů tvorby hvězd a planet.

Podle výzkumníků z Penn State objev planety tak masivní vzhledem ke svému slunci zpochybňuje to, co bylo dříve chápáno o formování planet a jejich slunečních soustav.

Ve výzkumu zveřejněném 30. listopadu v časopise vědyVýzkumníci oznámili objev planety o hmotnosti více než 13krát větší než Země obíhající kolem „ultrachladné“ hvězdy LHS 3154, která je sama o sobě devětkrát méně hmotná než Slunce. Poměr hmotnosti nově objevené planety k její hostitelské hvězdě je více než 100krát vyšší než u Země a Slunce.

Toto video je uměleckou reprezentací nově objeveného systému LHS 3154, který obsahuje planetu mnohem větší vzhledem ke svému slunci, než předpovídají současné modely. Kredit: Abigail Hope Minnich

Náročné současné teorie

Objev odhaluje nejhmotnější známou planetu na blízké oběžné dráze kolem ultrachladné trpasličí hvězdy, hvězdy s nejnižší hmotností a nejchladnější hvězdy ve vesmíru. Tento objev je v rozporu s tím, co současné teorie předpovídají o formování planet kolem malých hvězd, a představuje první případ, kdy byla planeta s tak vysokou hmotností pozorována obíhající kolem hvězdy s nízkou hmotností.

„Tento objev skutečně ukazuje, jak málo víme o vesmíru,“ řekl Suvrath Mahadevan, profesor astronomie a astrofyziky na Penn State a spoluautor článku. „Nečekali jsme, že kolem hvězdy s nízkou hmotností bude planeta tak hmotná.“

Umělecké ztvárnění kolektivního srovnání mezi LHS 3154, naší Zemí a naším Sluncem. Kredit: Pennsylvania State University

Vznik hvězd a planet

Vysvětlil, že hvězdy vznikají z velkých oblaků plynu a prachu. Poté, co se zformuje hvězda, plyn a prach zůstanou jako disky materiálu obíhající novorozenou hvězdu, která se nakonec může vyvinout v planety.

„Neočekává se, že disk tvořící planetu kolem hvězdy s nízkou hmotností LHS 3154 bude mít dostatek pevné hmoty k vytvoření této planety,“ řekl Mahadevan. „Ale existuje, takže teď musíme přehodnotit naše chápání toho, jak se tvoří planety a hvězdy.“

Výzkumníci z Penn State Suvrath Mahadevan a Megan Delamere vysvětlují objev masivní planety obíhající kolem malé hvězdy. Kredit: Pennsylvania State University

Detekce pomocí HPF

Vědci pozorovali masivní planetu nazvanou LHS 3154b pomocí astronomického spektrografu postaveného v Pensylvánii týmem vědců vedeným Mahadevanem. Nástroj nazvaný Habitable Zone Planet Finder nebo HPF je navržen tak, aby objevil planety obíhající kolem nejchladnějších hvězd mimo naši sluneční soustavu s potenciálem kapalné vody – klíčové složky života – na jejich povrchu.

Objevování planet kolem ultrachladných hvězd

Zatímco je velmi obtížné detekovat takové planety kolem hvězd, jako je naše Slunce, nízká teplota ultrachladných hvězd znamená, že planety schopné mít na svém povrchu kapalnou vodu jsou mnohem blíže své hvězdě než Země a Slunce. Tato kratší vzdálenost mezi těmito planetami a jejich hvězdami v kombinaci s nižší hmotností ultrachladných hvězd má za následek detekovatelný signál oznamující přítomnost planety, vysvětlil Mahadevan.

„Představte si to jako hvězda je táborák. Čím chladnější je oheň, tím blíže jste k ohni, abyste zůstali v teple,“ řekl Mahadevan. „Totéž platí pro planety.“ Pokud je hvězda chladnější, planeta bude muset být blíže této hvězdě, pokud má být dostatečně teplá, aby obsahovala kapalnou vodu. Pokud má planeta oběžnou dráhu dostatečně blízko své ultrachladné hvězdy, můžeme ji detekovat tak, že vidíme velmi nepatrnou změnu barvy nebo světla spekter hvězdy, když je vlečena obíhající planetou.

Umělcovo ztvárnění možného pohledu z LHS 3154b směrem k její hostitelské hvězdě s nízkou hmotností. Vzhledem ke své velké hmotnosti má LHS 3154b pravděpodobně složení podobné Neptunu. Kredit: Penn State

Význam HPF

HPF, umístěný na Hobby-Eberlyho dalekohledu na McDonald Observatory v Texasu, poskytuje dosud některá z měření s nejvyšším rozlišením infračervených signálů z blízkých hvězd.

„Objev pomocí HPF byl velmi výjimečný, protože je to nový přístroj, který jsme navrhli, vyvinuli a postavili od základů za účelem pozorování neznámých planetárních populací kolem hvězd s nižší hmotností,“ řekl Gumundur Stefansson. NASA Sagan Fellow v astrofyzice Univerzita Princeton a hlavní autor článku, který pomohl vyvinout HPF a pracoval na studii jako postgraduální student na Penn State. „Nyní sklízíme plody, učíme se nové a nečekané aspekty této vzrušující skupiny planet obíhajících kolem blízkých hvězd.“

Nástroj již přinesl důležité informace Objev a potvrzení Stefansson vysvětlil, že existují nové planety, ale objev planety LHS 3154b překonal všechna očekávání.

Přehodnocení teorií vzniku planet

„Na základě stávající průzkumné práce s HPF a dalšími přístroji je objekt jako ten, který jsme objevili, pravděpodobně extrémně vzácný, takže jeho objev byl opravdu vzrušující,“ řekla Megan Delamere, postgraduální studentka astronomie na Penn State a spoluautorka výzkumu. projekt. papír. „Naše současné teorie o formování planet mají potíže s vysvětlením toho, co vidíme.“

Delamere vysvětlil, že v případě objevené masivní planety obíhající kolem hvězdy LHS 3154 by jádro těžké planety odvozené z měření týmu vyžadovalo větší množství pevného materiálu v disku planety, než předpovídají současné modely. Objev také vyvolává otázky ohledně dřívějšího pochopení vzniku hvězd, protože poměr hmoty a prachu k plynu v cirkumstelárním disku jako LHS 3154 – když byl mladý a nově se formoval – musel být desetkrát vyšší. Z toho, co bylo pozorováno, se vytvořila masivní planeta jako ta, kterou tým objevil.

„To, co jsme objevili, poskytuje extrémní testovací případ pro všechny existující teorie o formování planet,“ řekl Mahadevan. „Přesně k tomu jsme postavili HPF, abychom zjistili, jak nejběžnější hvězdy v naší galaxii tvoří planety – a abychom je našli.“

Odkaz: „A Neptune-Hmotnost Exoplaneta „V těsné blízkosti hvězdy o nízké hmotnosti vzdoruje modelům formování“ od Gumundura Stefanssona, Suvratha Mahadevana, Yamily Miguel, Paula Robertsona, Megan Delamere, Shubham Kanodia, Caleba I. Kaniase, Joshuy N. Wynna, 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. Metcalfe, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright a Gregory Zeman, 30. listopadu 2023, vědy.
doi: 10.1126/science.abo0233

Dalšími autory Penn State na papíře jsou Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay a Jason Wright. Dalšími autory tohoto článku jsou Joshua Wen z Princetonské univerzity, Yamila Miguel z Leidenské univerzity, Paul Robertson z Kalifornské univerzity, Irvine, Ray Holcomb z Kalifornské univerzity a Shubham Kanodia z Kalifornské univerzity. Carnegieho institut pro věduCaleb 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 Texaské univerzity v Austinu a Chad Bender z univerzity z Texasu v Austinu. University of Arizona, Scott Diddams, Connor Frederick a Andrew Metcalf z University of Colorado, Samuel Halvorson z Laboratoře proudového pohonu Kalifornského technologického institutu, 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 Austinu.

Tato práce byla financována Centrem pro exoplanety a obyvatelné světy v Penn State, Space Grant Consortium of Pennsylvania, National Aeronautics and Space Administration, National Science Foundation a Hysing-Simons Foundation.