Οι αστρονόμοι βρήκαν δύο σπάνιους πλανήτες σούπερ φουσκωτούς πιο ανοιχτόχρωμους από το μαλλί της γριάς

Οι πρόσφατα επιβεβαιωμένοι πλανήτες, TOI-791 b και TOI-791 c, περιφέρονται γύρω από έναν νάνο αστέρα τύπου F7 περίπου 1.110 έτη φωτός από τη Γη στον νότιο αστερισμό Volans. Αν και κάθε πλανήτης έχει το μέγεθος του Δία, και οι δύο είναι εξαιρετικά ελαφροί για το μέγεθός τους.

Το TOI-791 b έχει πυκνότητα μόνο 0,038 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, ενώ το TOI-791 c έχει πυκνότητα 0,047 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Συγκριτικά, ο Δίας έχει μέση πυκνότητα 1,33 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, καθιστώντας τον περίπου 28 έως 35 φορές πιο πυκνό από αυτόν τον κόσμο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα.

Η σύγκριση γίνεται πιο ενδιαφέρουσα όταν μετριέται με το νήμα καραμέλας, το οποίο έχει τυπική πυκνότητα περίπου 0,05 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Η Γη εξακολουθεί να είναι πολύ πυκνή, 5,5 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό.

Σπάνιο πλανητικό δίδυμο κλειδωμένο σε έναν βαρυτικό χορό

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι δύο πλανήτες σχηματίστηκαν μαζί από τον ίδιο δίσκο αερίου και σκόνης που περιβάλλει το νεαρό άστρο τους, καθιστώντας τους «αδερφούς» πλανήτες.

Συνδέονται επίσης με μια ασυνήθιστη τροχιακή διάταξη που ονομάζεται συντονισμός μέσης κίνησης 5:3. Για κάθε πέντε τροχιές που ολοκληρώνονται από τον εσωτερικό πλανήτη, ο εξωτερικός πλανήτης συμπληρώνει περίπου τρεις. Καθώς κάνουν κύκλους γύρω από το άστρο τους, η βαρύτητα τους έλκεται επανειλημμένα μεταξύ τους, προκαλώντας μικρές αλλά μετρήσιμες αλλαγές στους χρόνους διέλευσης κάθε πλανήτη.

Μόνο τέσσερα άλλα πλανητικά συστήματα είναι γνωστό ότι περιέχουν πολλαπλούς πλανήτες υπερ-φουσκωτούς, καθιστώντας το TOI-791 μια εξαιρετικά σπάνια ευκαιρία να διερευνηθεί πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται αυτοί οι ασυνήθιστοι κόσμοι.

Ο επικεφαλής συγγραφέας Dr George Dransfield (αυτός/αυτή) (Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και παρουσιαστής στο BBC Sky at Night) είπε:

“Μόνο λίγοι από αυτούς τους υπερασαφείς πλανήτες είναι γνωστοί και είναι ακόμη πιο σπάνιο να βρεθούν δύο στο ίδιο σύστημα. Η εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητά τους τους καθιστά ελκυστικούς στόχους για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται και εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα.”

Πολίτες επιστήμονες βοήθησαν στην εύρεση του πλανήτη

Οι εθελοντές που συμμετείχαν στο πρόγραμμα Planet Hunters TESS για την επιστήμη των πολιτών επισήμαναν τον TOI-791 b το 2019 και τον TOI-791 c το 2023 ως πιθανούς πλανήτες. Το έργο αναζητά τις παρατηρήσεις που συλλέγονται από τον δορυφόρο έρευνας διέλευσης εξωπλανητών της NASA (TESS) για σημάδια άγνωστων κόσμων στο παρελθόν.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνδύασαν μετρήσεις από τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο για να προσδιορίσουν το μέγεθος και τη μάζα του πλανήτη, επιτρέποντάς τους να υπολογίσουν την εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα.

Όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά από το αστέρι του κατά τη «διαμετακόμιση», εμποδίζει μια μικρή ποσότητα αστρικού φωτός. Αυτή η πτώση στη φωτεινότητα αποκαλύπτει το μέγεθος του πλανήτη. Στο σύστημα TOI-791, οι αστρονόμοι εντόπισαν επίσης μικρές αλλαγές στους χρόνους διέλευσης που προκαλούνται από τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις των πλανητών. Η ανάλυση αυτών των χρονικών αλλαγών επέτρεψε στην ομάδα να εκτιμήσει τη μάζα κάθε πλανήτη.

Η Ανταρκτική έπαιξε βασικό ρόλο

Η ανακάλυψη βασίζεται σε οκτώ χρόνια παρατηρήσεων με δεδομένα από το τηλεσκόπιο ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) στον σταθμό Concordia στην Ανταρκτική. Το τηλεσκόπιο λειτουργεί από κοινού από το Université Côte d’Azur/Observatoire de la Côte d’Azur και διεθνείς συνεργάτες.

Οι μεγάλες χειμωνιάτικες νύχτες της Ανταρκτικής έχουν δώσει στους αστρονόμους ένα μεγάλο πλεονέκτημα. Οι μήνες του αδιάκοπου σκότους καθιστούν δυνατή την παρατήρηση των ασυνήθιστα μεγάλων διελεύσεων των πλανητών, η καθεμία από τις οποίες διαρκεί περισσότερες από 11 ώρες, χωρίς διακοπή. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτές είναι οι μεγαλύτερες συνεχείς διελεύσεις ενός πλανήτη που έχουν παρατηρηθεί πλήρως από τη Γη.

Πώς σχηματίζονται οι υπερ-φουσκωτοί πλανήτες;

Οι επιστήμονες εξακολουθούν να προσπαθούν να καταλάβουν πώς αναπτύσσονται οι πλανήτες που φουσκώνουν.

Μια βασική εξήγηση είναι ότι αυτοί οι κόσμοι έχουν τεράστιες ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο και ήλιο, που αντιπροσωπεύουν ένα μεγάλο μέρος της συνολικής τους μάζας. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτά τα παχιά αέρια περιβλήματα μπορεί να έχουν σχηματιστεί όταν οι πλανήτες ήταν πολύ μακριά από τα αστέρια τους, σε ψυχρές περιοχές πρωτοπλανητικών δίσκων όπου το αέριο μπορεί γρήγορα να συσσωρευτεί γύρω από έναν συμπαγή πλανητικό πυρήνα.

Σχεδιάζονται μελλοντικές παρατηρήσεις για την καλύτερη κατανόηση της προέλευσης αυτών των ασυνήθιστων πλανητών και τη δοκιμή ανταγωνιστικών θεωριών.

Ο καθηγητής Amaury Triwood (Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ), κύριος ερευνητής του Ηνωμένου Βασιλείου του ASTEP και συν-συγγραφέας της μελέτης, είπε:

“Αυτό το σύστημα προσφέρει ένα μοναδικό εργαστήριο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται και εξελίσσονται πλανήτες σούπερ ρουφηξιά. Προτείνουμε παρατηρήσεις με βάση το διάστημα χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να προσδιορίσουμε εάν η ατμόσφαιρα ρουφηξιών περιέχει είδη άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου, αποκαλύπτοντας νέες ιδέες για το πώς σχηματίζονται αυτοί οι ασυνήθιστοι πλανήτες.”

Ο κύριος ερευνητής της ASTEP και συν-συγγραφέας της μελέτης Καθηγητής Tristan Guillot (Université Côte d’Azur) πρόσθεσε:

“Αυτά τα πολυπλανητικά συστήματα είναι πολύπλοκα, με βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ πλανητών που εξελίσσονται σε πολύ μεγάλες χρονικές περιόδους, δεκαετίες ή περισσότερο. Αυτή η ανακάλυψη υπογραμμίζει τη σημασία της συνεχούς διεθνούς συνεργασίας στην αστρονομία. Η συγκέντρωση παρατηρήσεων από την Ανταρκτική, τα διαστημικά τηλεσκόπια και τις ηπείρους ήταν απαραίτητη για την αποκάλυψη της πραγματικής φύσης αυτών των πλανητών.”