Παράξενος πλανήτης με τροχιά σε σχήμα αγγουριού δημιουργεί υποψίες ύπαρξης ενός άλλου κόσμου

Ο εξωπλανήτης, που ονομάστηκε TIC 241249530 b, περιφέρεται γύρω από ένα άστρο σε απόσταση περίπου 1.100 ετών φωτός από τη Γη. Το άστρο είναι το ένα από ένα δυαδικό ζεύγος, οπότε ο πλανήτης περιστρέφεται γύρω από το πρωτεύον άστρο, ενώ το πρωτεύον άστρο περιστρέφεται γύρω από ένα δευτερεύον άστρο.

Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο άστρων, τα οποία έχουν κακή ευθυγράμμιση της τροχιάς τους, θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για το γεγονός ότι ο πλανήτης αυτός μπήκε στο δρόμο να γίνει ένας «θερμός Δίας», αναφέρουν οι ερευνητές σε μελέτη που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature.

Οι αστρονόμοι έχουν βρει περισσότερους από 5.600 επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες, και 300 έως 500 από αυτούς είναι «θερμοί Δίες».

Αυτοί οι πλανήτες είναι τεράστια αέρια σώματα που μοιάζουν με τον Δία και περιστρέφονται στενά γύρω από τα άστρα που τους φιλοξενούν, τα οποία θερμαίνονται σε καυτές θερμοκρασίες.

Ενώ ο Δίας χρειάζεται 4.000 γήινες ημέρες για να ολοκληρώσει μια τροχιά γύρω από τον ήλιο, οι θερμοί Δίες ολοκληρώνουν μια τροχιά κάθε λίγες ημέρες.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι μεγάλοι πλανήτες αρχίζουν να περιφέρονται γύρω από τα άστρα τους από απόσταση, αλλά με την πάροδο του χρόνου μεταναστεύουν πιο κοντά. Αλλά εδώ και καιρό αναρωτιούνται πώς οι ογκώδεις κόσμοι καταλήγουν σε τόσο στενές τροχιές, οι οποίες βρίσκονται πολύ πιο κοντά στα άστρα τους από όσο ο Ερμής στον ήλιο μας.

Οι παρατηρήσεις του TIC 241249530 b, οι οποίες καταγράφηκαν για πρώτη φορά από τον δορυφόρο TESS της NASA για την αναζήτηση πλανητών τον Ιανουάριο του 2020, προσφέρουν σπάνιες, αποκαλυπτικές πληροφορίες για έναν πλανήτη που μπορεί να είναι ένας πλανήτης στην πορεία του να γίνει ένας θερμός Δίας.

«Οι αστρονόμοι ψάχνουν για εξωπλανήτες που είναι πιθανότατα πρόδρομοι των θερμών Διδύμων, ή που είναι ενδιάμεσα προϊόντα της διαδικασίας μετανάστευσης, για περισσότερες από δύο δεκαετίες, οπότε ήμουν πολύ έκπληκτος -και ενθουσιασμένος- που βρήκα έναν», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Arvind Gupta, μεταδιδακτορικός ερευνητής του NOIRLab, ο οποίος ανακάλυψε τον πλανήτη ως διδακτορικός φοιτητής στο Penn State, σε δήλωσή του στο CNN.

Εντοπίζοντας έναν κόσμο που αλλάζει

Στις 12 Ιανουαρίου 2020, ο δορυφόρος Transiting Exoplanet Survey Satellite συνέλεξε δεδομένα που υποδηλώνουν ότι κάτι περνούσε μπροστά από το άστρο-ξενιστή TIC 241249530. Ο TESS παρακολουθεί τη φωτεινότητα των κοντινών άστρων για να αναζητήσει βυθίσεις στο φως των άστρων που μπορεί να υποδηλώνουν την παρουσία εξωπλανητών.

Ο Gupta και οι συνάδελφοί του παρακολούθησαν τα δεδομένα και διαπίστωσαν ότι ένας πλανήτης μεγέθους Δία περνούσε μπροστά από το άστρο. Στη συνέχεια, έκαναν μετρήσεις χρησιμοποιώντας όργανα στο τηλεσκόπιο WIYN 3,5 μέτρων στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak στην Αριζόνα για να προσδιορίσουν την ακτινική ταχύτητα του άστρου, ή πόσο το άστρο ταλαντεύεται μπρος-πίσω καθώς η βαρύτητα του πλανήτη έλκει το άστρο.

Τα δεδομένα της ακτινικής ταχύτητας επιβεβαίωσαν επίσης την παρουσία του ίδιου πλανήτη και βοήθησαν τους ερευνητές να διευκρινίσουν ότι είναι περίπου πέντε φορές πιο μαζικός από τον Δία και έχει αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν εξαιρετικά έκκεντρη τροχιά.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τον όρο «έκκεντρη» για να αναφερθούν στο σχήμα της τροχιάς ενός πλανήτη σε μια κλίμακα από το μηδέν έως το 1. Το μηδέν αντιστοιχεί σε μια τέλεια κυκλική τροχιά. Στο ηλιακό μας σύστημα, η Γη έχει εκκεντρότητα 0,02, ενώ η εξαιρετικά οβάλ τροχιά του Πλούτωνα γύρω από τον ήλιο θεωρείται 0,25.

Ο νεοανακαλυφθείς εξωπλανήτης έχει εκκεντρότητα 0,94, η οποία είναι πιο επιμήκης από οποιονδήποτε άλλο διερχόμενο εξωπλανήτη έχουν βρει ποτέ οι αστρονόμοι, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Ο παράξενος «κόσμος» χρειάζεται περίπου έξι μήνες για να ολοκληρώσει μία τροχιά γύρω από το άστρο-ξενιστή, πλησιάζοντας εξαιρετικά κοντά στο άστρο πριν εκτοξευθεί σε μεγάλο μήκος και στη συνέχεια επιστρέψει σε μια στενή, οβάλ τροχιά που μοιάζει σε σχήμα με αγγούρι.

«Πιάσαμε αυτόν τον τεράστιο πλανήτη να κάνει μια απότομη στροφή κατά τη διάρκεια του κοντινού περάσματος από το άστρο του», δήλωσε ο Suvrath Mahadevan, συν-συγγραφέας της μελέτης, καθηγητής Αστρονομίας Verne M. Willaman στο Penn State, σε ανακοίνωσή του.

«Τέτοιοι εξαιρετικά εκκεντρικοί διερχόμενοι πλανήτες είναι απίστευτα σπάνιοι – και είναι πραγματικά εκπληκτικό ότι καταφέραμε να ανακαλύψουμε τον πιο εκκεντρικό».

Ο πλανήτης απέχει μόλις 3 εκατομμύρια μίλια από το άστρο του, δηλαδή πάνω από 10 φορές πιο κοντά στο άστρο από όσο ο Ερμής από τον ήλιο. Ενδεικτικά, ο Ερμής βρίσκεται σε μέση απόσταση περίπου 36 εκατομμυρίων μιλίων (58 εκατομμυρίων χιλιομέτρων) από τον ήλιο, σύμφωνα με τη NASA.

Η ακραία τροχιά προκαλεί «τεράστιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας» κατά τη διάρκεια του έτους του πλανήτη, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Τζέισον Ράιτ, καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Penn State.

«Η θερμοκρασία στις κορυφές των νεφών γίνεται αρκετά υψηλή ώστε να λιώσει το τιτάνιο κατά τη διάρκεια των λίγων ημερών που περνάει από το κοντινό αστέρι», δήλωσε ο Wright.

«Κατά τη διάρκεια του μεγαλύτερου μέρους της τροχιάς του, βρίσκεται πιο μακριά, και στο πιο απομακρυσμένο σημείο του η ημερήσια θερμοκρασία στις κορυφές των νεφών είναι σαν μια ζεστή καλοκαιρινή μέρα στη Γη».

Η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι ο πλανήτης περιφέρεται ανάποδα ή κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση σε σύγκριση με την περιστροφή του άστρου του -ένα σπάνιο φαινόμενο που δεν έχει παρατηρηθεί στους περισσότερους εξωπλανήτες και δεν συμβαίνει στο ηλιακό μας σύστημα.

Όλες οι ιδιορρυθμίες που παρατηρήθηκαν στον TIC 241249530 b βοηθούν τους αστρονόμους να κατανοήσουν πώς σχηματίστηκε ο πλανήτης.

«Αν και δεν μπορούμε ακριβώς να πατήσουμε το κουμπί του rewind και να παρακολουθήσουμε τη διαδικασία της πλανητικής μετανάστευσης σε πραγματικό χρόνο, αυτός ο εξωπλανήτης χρησιμεύει ως ένα είδος στιγμιότυπου της διαδικασίας μετανάστευσης», δήλωσε ο Gupta. «Πλανήτες σαν αυτόν είναι δύσκολο να βρεθούν και ελπίζουμε ότι μπορεί να μας βοηθήσει να ξεδιαλύνουμε την ιστορία του σχηματισμού του θερμού Δία».

Ένας «χορός» των τροχιών

Η ομάδα διεξήγαγε προσομοιώσεις για να προσδιορίσει πώς ο πλανήτης μπορεί να έχει καταλήξει σε μια τόσο ασυνήθιστη τροχιά, καθώς και πώς μπορεί να εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου. Οι προσομοιώσεις περιλάμβαναν τη μοντελοποίηση των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ του TIC 241249530 b και του άστρου που τον φιλοξενεί καθώς και του δευτερεύοντος άστρου.

Η ερευνητική ομάδα εκτίμησε ότι ο πλανήτης πιθανότατα σχηματίστηκε μακριά από το άστρο-ξενιστή και ξεκίνησε σε μια ευρεία, κυκλική τροχιά παρόμοια με του Δία. Όμως το άστρο-ξενιστής έχει μια κακή ευθυγράμμιση της τροχιάς του με το δεύτερο άστρο, η οποία άσκησε βαρυτικές δυνάμεις στον πλανήτη και τέντωσε την τροχιά του, είπαν οι ερευνητές.

«Κατά τη διάρκεια πολλών τροχιών, η βαρυτική επιρροή αυτού του εξωτερικού άστρου άλλαξε την τροχιά του TIC 241249530 b, κάνοντάς την όλο και πιο επιμήκη», δήλωσε ο Wright.

Με κάθε πέρασμα από το άστρο-ξενιστή, η τροχιά του πλανήτη χάνει ενέργεια, οπότε οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι σε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, η τροχιά θα συρρικνωθεί και θα σταθεροποιηθεί ώστε να διαρκεί μόλις λίγες ημέρες αντί για τις 167 ημέρες που διαρκεί τώρα.

Τότε, ο πλανήτης θα γίνει ένας πραγματικός θερμός Δίας, δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Sarah Millholland, επίκουρη καθηγήτρια φυσικής στο Ινστιτούτο Kavli για την Αστροφυσική και τη Διαστημική Έρευνα του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης.

«Πρόκειται για μια αρκετά ακραία διαδικασία, καθώς οι αλλαγές στην τροχιά του πλανήτη είναι τεράστιες», δήλωσε η Millholland. «Είναι ένας μεγάλος “χορός” των τροχιών που συμβαίνει σε δισεκατομμύρια χρόνια και ο πλανήτης απλώς ακολουθεί τη διαδρομή».

Δίδυμοι θερμοί Δίες

Πριν από τον TIC 241249530 b, ο μόνος άλλος γνωστός πρώιμος θερμός Δίας ήταν ένας εξωπλανήτης με την ονομασία HD 80606 b, που ανακαλύφθηκε το 2001. Ο HD 80606 b θεωρούνταν ο πλανήτης με την πιο έκκεντρη τροχιά μέχρι την πρόσφατη ανακάλυψη.

Ο HD 80606 b έχει εκκεντρότητα 0,93 και μικρότερη τροχιά 111 ημερών, και περιφέρεται προς την ίδια κατεύθυνση με το άστρο του.

Αλλά κατά τ’ άλλα, οι πλανήτες είναι πρακτικά δίδυμοι, δήλωσε ο Wright. Η εύρεση δύο πλανητών σε ένα τόσο σύντομο στάδιο της εξέλιξης των πλανητικών τροχιών είναι σαν «να πέφτεις πάνω σε μια πεταλούδα τη στιγμή που ανοίγει η χρυσαλλίδα της», είπε.

Η ανακάλυψη ενός δεύτερου προδρόμου του θερμού Δία βοηθά τους αστρονόμους να επιβεβαιώσουν την ιδέα ότι οι γίγαντες αερίου υψηλής μάζας μετατρέπονται σε θερμούς Δίες καθώς μεταναστεύουν από έκκεντρες σε κυκλικές τροχιές, δήλωσαν οι ερευνητές.

Η ομάδα ελπίζει να παρατηρήσει το TIC 241249530 b με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να αποκαλύψει τη δυναμική της ατμόσφαιράς του και να δει πώς αντιδρά σε μια τόσο γρήγορη θέρμανση. Και η αναζήτηση συνεχίζεται για περισσότερους πλανήτες όπως αυτοί που μετατρέπονται σε θερμούς Δίες.

«Αυτό το σύστημα αναδεικνύει πόσο απίστευτα διαφορετικοί μπορεί να είναι οι εξωπλανήτες», δήλωσε ο Millholland. «Είναι μυστηριώδεις άλλοι κόσμοι που μπορεί να έχουν άγριες τροχιές που λένε μια ιστορία για το πώς έφτασαν σε αυτή την κατάσταση και πού πηγαίνουν. Για αυτόν τον πλανήτη, δεν έχει τελειώσει ακόμα το ταξίδι του».

Με πληροφορίες από CNN

• αγγούρι
• θερμός Δίας
• πλανήτης
• τροχιά