Dwa słońca na niebie. Nowa metoda ujawnia 27 kandydatów na planety krążące wokół par gwiazd

Wyobraź sobie zachód słońca, przy którym na horyzoncie gasną dwie gwiazdy jednocześnie — taki widok znamy z filmów science fiction, ale tego rodzaju światy naprawdę istnieją. Astronomowie z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney odkryli 27 nowych kandydatów na planety okrążające gwiazdy podwójne, posługując się metodą, której dotąd nie stosowano na taką skalę. Wyniki opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society mogą radykalnie zmienić nasze szacunki dotyczące liczby planet w układach podwójnych.

Misja Keplera NASA odkryła świat, w którym dwa słońca zachodzą nad horyzontem zamiast jednego. Planeta, nazwana Kepler-16b, jest najbardziej „podobną do Tatooine” planetą, jaką kiedykolwiek odkryto w naszej galaktyce i jest przedstawiona na koncepcyjnym zdjęciu z dwiema gwiazdami. Tatooine to nazwa rodzinnej planety Luke’a Skywalkera w filmie science fiction „Gwiezdne Wojny”. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

Planety z dwoma słońcami — rzadkość czy ukryty tłum?

Planety orbitujące jednocześnie wokół dwóch gwiazd — astronomowie nazywają je planetami okrążającymi układy podwójne (ang. circumbinary planets) — fascynują zarówno naukowców, jak i miłośników astronomii. Spośród ponad 6200 potwierdzonych egzoplanet zaledwie około 18 należy do tej kategorii. Skąd tak mała liczba? Być może dlatego, że dotychczasowe metody poszukiwań były w tym przypadku mocno ograniczone.

Najszerzej stosowana technika tranzytowa polega na wykrywaniu drobnych zaćmień — gdy planeta przechodzi przed tarczą gwiazdy i na chwilę ją przyćmiewa. Problem w tym, że w układach podwójnych orbity często są nachylone w stosunku do linii obserwacji, przez co planeta nigdy nie przesłania żadnej ze swoich gwiazd z perspektywy Ziemi. Efekt: wielka część potencjalnych planet Tatooine po prostu nam umyka.

Nowa metoda: zegary gwiazd zdradzają ukryte planety

Zespół pod kierownictwem doktorantki Margo Thornton zastosował zupełnie inne podejście — precesję apsydalną. To subtelny efekt grawitacyjny, który powoduje powolne obracanie się osi orbity jednej gwiazdy względem drugiej w układzie podwójnym. Gdy w pobliżu dwóch gwiazd krąży planeta, jej grawitacyjne oddziaływanie przyspiesza tę precesję ponad miarę wynikającą ze znanych źródeł — ogólnej teorii względności, sił pływowych i spłaszczenia gwiazd.

Mówiąc prościej: dwie gwiazdy zaćmiewają się nawzajem w regularnych odstępach czasu, a precesja apsydalna sprawia, że te odstępy nieznacznie się zmieniają. Jeśli zmiana jest zbyt duża, by wyjaśnić ją samą fizyką gwiazd, kandydatem na winowajcę staje się planet

Thornton i jej współpracownicy przeanalizowali dane fotometryczne satelity TESS dla 1590 zaćmieniowych układów podwójnych, zidentyfikowanych wcześniej przez misję Gaia. W 27 przypadkach nadmiarowa precesja apsydalna nie dała się wytłumaczyć innymi czynnikami — i to właśnie te układy trafiły na listę kandydatów na systemy z planetami.

Co kryją dane? Charakterystyka kandydatów

Wyniki pozostawiają pewien margines niepewności: ten sam sygnał precesji może być wywoływany przez planetę o niezbyt dużej masie na ciasnej orbicie (poniżej 1 j.a. od układu podwójnego) albo przez masywniejszy obiekt na szerszej orbicie kilku jednostek astronomicznych. Dopiero obserwacje metodą prędkości radialnych pozwolą rozróżnić te scenariusze i potwierdzić, które kandydatki są naprawdę planetami.

Wśród 27 kandydatów wyróżniono również 6 obiektów o wyraźnie większej masie minimalnej — być może nie planet, lecz brązowych karłów lub małych gwiazd towarzyszących. Naukowcy podkreślają jednak, że sam pilot był przeprowadzony na stosunkowo skromnej próbce.

Tysiące ukrytych Tatooines — co dalej?

Jeśli zaledwie w 1590 zbadanych układach podwójnych znaleziono niemal 2% kandydatów z potencjalnymi planetami, perspektywy są imponujące. Przyszłoroczne dane z Obserwatorium im. Very C. Rubin — które w ciągu dekady przeskanuje niebo w bezprecedensowej skali — mogą ujawnić tysiące, a może dziesiątki tysięcy podobnych obiektów.

Byłem zaskoczony, że znaleźliśmy aż 27 już w tym pilotażowym badaniu — przyznał profesor Ben Montet, starszy autor pracy. Teraz zaczyna się naprawdę ekscytująca część: ustalenie, które z nich to prawdziwe planety.

Odkrycie ma też głębsze implikacje teoretyczne. Tworzenie się planet wokół par gwiazd jest szczególnie trudnym procesem: burzliwe oddziaływania grawitacyjne we wczesnym dysku protoplanetarnym powinny utrudniać akrecję materii. Tymczasem planety jednak powstają — i to wyraźnie częściej, niż sugerowały dotychczasowe obserwacje. Oznacza to, że nasze modele formowania układów planetarnych wymagają korekty.

Z praktycznego punktu widzenia nowa metoda jest szczególnie atrakcyjna dlatego, że działa niezależnie od orientacji orbit — obejmuje więc tę część populacji planet, która dla techniki tranzytowej pozostaje całkowicie niewidoczna. W połączeniu z tradycyjnymi metodami daje astronomom narzędzie zdolne do pełniejszego spisu planet w układach podwójnych Galaktyki.

Źródła:

GŁÓWNE: