Astronomi s MIT-a, Sveučilišta u Liègeu u Belgiji i drugih institucija otkrili su ogroman, prozračan planet koji kruži oko udaljene zvijezde u našoj Mliječnoj stazi. Otkriće, objavljeno u časopisu Nature Astronomy, pruža važan ključ za razumijevanje kako se formiraju tako golemi, super-lagani planeti.

Novi planet, nazvan WASP-193b, izgleda veći od Jupitera, ali ima samo djelić njegove gustoće. Znanstvenici su otkrili da je ovaj plinoviti div 50 posto veći od Jupitera, ali oko deset puta manje gust — s nevjerojatno niskom gustoćom koja se može usporediti s gustoćom šećerne vune.

WASP-193b je drugi najlakši planet otkriven do danas, nakon manjeg, Neptunu sličnog svijeta, Kepler 51d. Njegova veća veličina u kombinaciji s izuzetno malom gustoćom čini WASP-193b posebnom pojavom među više od 5.400 do sada otkrivenih planeta.

“Pronaći ovako ogromne objekte s tako malom gustoćom je zaista rijetko,” kaže glavni autor studije i postdoktorand s MIT-a, Khalid Barkaoui. “Postoji klasa planeta koji se nazivaju napuhani Jupiteri, i već 15 godina je misterij što su oni zapravo. Ovo je ekstreman primjer te klase.”

“Ne znamo gdje smjestiti ovaj planet u teorijama formiranja koje trenutno imamo, jer je izvan svih njih,” dodaje suvoditelj studije Francisco Pozuelos, viši istraživač na Institutu za astrofiziku Andaluzije u Španjolskoj. “Ne možemo objasniti kako je ovaj planet nastao na temelju klasičnih modela evolucije. Proučavanje njegove atmosfere omogućit će nam dobivanje evolucijskog puta ovog planeta.”

Autori studije s MIT-a uključuju Juliena de Wita, izvanrednog profesora na Odjelu za zemaljske, atmosferske i planetarne znanosti MIT-a, i postdoktoranda Artema Burdanova, zajedno sa suradnicima iz više europskih institucija.

Zanimljiv obrat
Novi planet je prvi put uočen u sklopu projekta Wide Angle Search for Planets (WASP) — međunarodne suradnje akademskih institucija koje zajedno upravljaju s dva robotska opservatorija, jednim na sjevernoj i drugim na južnoj hemisferi. Svaki opservatorij koristi niz širokokutnih kamera za mjerenje svjetline tisuća pojedinačnih zvijezda diljem neba.

U istraživanjima provedenim između 2006. i 2008. godine, te ponovno od 2011. do 2012. godine, opservatorij WASP-South otkrio je periodične tranzite, odnosno padove svjetlosti, sa zvijezde WASP-193 — svijetle, obližnje zvijezde slične suncu udaljene 1.232 svjetlosne godine od Zemlje. Astronomi su utvrdili da su periodični padovi svjetlosti zvijezde u skladu s planetom koji kruži oko zvijezde i blokira njezinu svjetlost svakih 6,25 dana. Znanstvenici su izmjerili ukupnu količinu svjetlosti koju je planet blokirao pri svakom tranzitu, što im je dalo procjenu goleme, super-jupiterove veličine planeta.

Zatim su astronomi pokušali odrediti masu planeta — mjera koja bi potom otkrila njegovu gustoću i potencijalno ukazala na njegov sastav. Da bi dobili procjenu mase, astronomi obično koriste radijalnu brzinu, tehniku u kojoj znanstvenici analiziraju spektar zvijezde, odnosno različite valne duljine svjetlosti, dok planet kruži oko zvijezde. Spektar zvijezde može biti pomaknut na specifične načine, ovisno o tome što vuče zvijezdu, poput orbitirajućeg planeta. Što je planet masivniji i bliži svojoj zvijezdi, to se više spektar može pomaknuti — distorzija koja može dati znanstvenicima ideju o masi planeta.

Za WASP-193 b, astronomi su dobili dodatne visoko-rezolucijske spektre zvijezde snimljene različitim zemaljskim teleskopima i pokušali koristiti radijalnu brzinu kako bi izračunali masu planeta. No, nisu dobili nikakve rezultate — upravo zato što je, kako se ispostavilo, planet bio previše lagan da bi imao bilo kakav detektabilan utjecaj na svoju zvijezdu.

“Tipično, veliki planeti su prilično lako uočljivi jer su obično masivni i stvaraju veliki utjecaj na svoju zvijezdu,” objašnjava de Wit. “Ali što je bilo komplicirano kod ovog planeta je to što, iako je velik — ogroman — njegova masa i gustoća su toliko mali da je bilo zapravo vrlo teško otkriti ga samo tehnikom radijalne brzine. Bio je to zanimljiv obrat.”

“[WASP-193b] je toliko lagan da je trebalo četiri godine prikupljati podatke i pokazati da postoji signal mase, ali je zaista, zaista malen,” kaže Barkaoui.

“U početku smo dobivali izuzetno niske gustoće, koje je bilo vrlo teško vjerovati,” dodaje Pozuelos. “Proces analize svih podataka ponavljali smo nekoliko puta kako bismo bili sigurni da je ovo prava gustoća planeta jer je to bilo izuzetno rijetko.”

Nadimljeni svijet
Na kraju je tim potvrdio da je planet zaista izuzetno lagan. Njegovu masu izračunali su na oko 0,14 mase Jupitera. A njegova gustoća, izvedena iz njegove mase, iznosila je oko 0,059 grama po kubičnom centimetru. U usporedbi, Jupiter ima gustoću od oko 1,33 grama po kubičnom centimetru; a Zemlja je znatno gušća s 5,51 grama po kubičnom centimetru. Možda je materijal najsličniji po gustoći novom, napuhanom planetu šećerna vuna, koja ima gustoću od oko 0,05 grama po kubičnom centimetru.

“Planet je toliko lagan da je teško zamisliti sličan materijal u čvrstom stanju,” kaže Barkaoui. “Razlog zašto je blizak šećernoj vuni je taj što su oba uglavnom sastavljena od laganih plinova, a ne čvrstih tvari. Planet je zapravo super prozračan.”

Istraživači sumnjaju da je novi planet uglavnom sastavljen od vodika i helija, poput većine drugih plinovitih divova u galaksiji. Za WASP-193b, ti plinovi vjerojatno tvore izrazito napuhanu atmosferu koja se proteže na desetke tisuća kilometara dalje od Jupiterove atmosfere. Kako točno planet može toliko napuhnuti dok zadržava super-laku gustoću pitanje je na koje nijedna postojeća teorija o formiranju planeta još uvijek nema odgovor.

Kako bi dobili bolju sliku o novom prozračnom svijetu, tim planira koristiti tehniku koju je prethodno razvio de Wit, kako bi prvo odredili određena svojstva atmosfere planeta, kao što su temperatura, sastav i tlak na različitim dubinama. Ove karakteristike zatim se mogu koristiti za precizno određivanje mase planeta. Za sada, tim vidi WASP-193b kao idealnog kandidata za daljnja proučavanja od strane opservatorija poput svemirskog teleskopa James Webb.

“Što je atmosfera planeta veća, to više svjetlosti može proći kroz nju,” kaže de Wit. “Dakle, jasno je da je ovaj planet jedan od najboljih ciljeva koje imamo za proučavanje atmosferskih učinaka. Bit će to Rosetta Stone za pokušaj rješavanja misterija napuhanih Jupiteri.”

Ovo istraživanje djelomično su financirala konzorcijska sveučilišta i Britansko vijeće za znanost i tehnologiju za WASP; Europsko istraživačko vijeće; Federacija Valonija-Bruxelles; te Zaklada Heising-Simons, Colin i Leslie Masson, i Peter A. Gilman, podržavajući Artemis i druge teleskope SPECULOOS.

Izvor: Massachusetts Institute of Technology