Jak planeta przeżyła śmierć swojej gwiazdy? Webb zagląda w naszą przyszłość

NASA poinformowała, że teleskop Webba po raz pierwszy szczegółowo zbadał atmosferę planety krążącej wokół białego karła – martwej gwiazdy, która zakończyła swoje życie jako czerwony olbrzym.
Okazało się, że gazowy olbrzym WD 1856 b najprawdopodobniej przeżył burzliwą śmierć gwiazdy, a dopiero później wślizgnął się na niezwykle ciasną orbitę – scenariusz, który może być zapowiedzią losu Jowisza za kilka miliardów lat.

Egzoplaneta WD 1856 b, przedstawiona na wizualizacji artystycznej, to gazowy olbrzym, który przetrwał śmierć swojej gwiazdy macierzystej. Obecnie krąży wokół białego karła w odległości 50 razy mniejszej niż Ziemia wokół Słońca. Źródło: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Gwiazda, która umarła – i jej ocalała planeta

Układ WD 1856+534 znajduje się około 80 lat świetlnych od Ziemi w naszym galaktycznym sąsiedztwie.
Jego centrum stanowi biały karzeł – zwarty, ziemiopodobny rozmiarowo gwiezdny trup powstały z gwiazdy podobnej do Słońca, która wcześniej spuchła do rozmiarów czerwonego olbrzyma i odrzuciła swoje zewnętrzne warstwy.

Wokół tego białego karła krąży WD 1856 b – gazowy olbrzym o masie od czterech do jedenastu mas Jowisza, obiegający gwiazdę w zaledwie 34 godziny po orbicie oddalonej o około 3 miliony kilometrów, czyli 50 razy bliżej niż Ziemia krąży wokół Słońca.
Według klasycznych modeli ewolucji gwiazd, planeta tak blisko powinna zostać rozszarpana i zjedzona podczas fazy czerwonego olbrzyma – a jednak przetrwała.

Co zmierzył Webb?

Zespół astronomów wykorzystał Webba do obserwacji tranzytów WD 1856 b – momentów, gdy planeta przechodzi przed tarczą białego karła i blokuje ponad połowę jego światła.
Analiza widma w podczerwieni pozwoliła określić temperaturę planety (około 260 stopni Celsjusza) oraz wykryć w jej atmosferze aerozole i węglowodory, najprawdopodobniej metan – to pierwsze w historii wiarygodne wykrycie atmosfery planety krążącej wokół martwej gwiazdy.

Temperatura okazała się zaskakująco wysoka, biorąc pod uwagę słabe światło białego karła, który już od dawna stygnie.
To sugeruje, że planeta nagrzała się w przeszłości pod wpływem silnych oddziaływań grawitacyjnych przy zbliżaniu się do gwiazdy, a dziś wciąż oddaje tę energię, powoli stygnąc.

Jak WD 1856 b uniknęła zagłady?

Autorzy pracy rozważali dwa główne scenariusze: albo planeta została połknięta przez czerwonego olbrzyma i jakimś cudem przetrwała w jego wnętrzu, albo przez cały czas krążyła daleko, a dopiero po śmierci gwiazdy zaczęła wędrować do środka.
Łącząc modele ewolucji termicznej takich obiektów z danymi Webba, naukowcy wyliczyli, że główne nagrzanie planety musiało nastąpić 3–5,5 miliarda lat po tym, jak gwiazda stała się białym karłem – a więc już po zakończeniu fazy czerwonego olbrzyma, co faworyzuje scenariusz późnej migracji.

Najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie zakłada, że WD 1856 b przez długi czas krążyła na dość odległej orbicie, bezpiecznej podczas spuchnięcia gwiazdy.
Dopiero później oddziaływania grawitacyjne w potrójnym układzie gwiazd (biały karzeł ma towarzyszące gwiazdy) powoli wypychały ją na coraz bardziej wydłużone i bliższe orbity, aż znalazła się tak blisko, jak dziś.

Przyszłość Jowisza i innych planet

Badanie WD 1856 b to nie tylko ciekawostka – to realne okno w czasie, pokazujące, co może zdarzyć się z gazowymi olbrzymami w naszym własnym Układzie Słonecznym.
Za około 5 miliardów lat Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, prawdopodobnie pochłaniając wewnętrzne planety, ale Jowisz i Saturn mogą przetrwać, a później ich orbity mogą się zmienić w wyniku złożonych oddziaływań grawitacyjnych.

WD 1856 b dowodzi, że śmierć gwiazdy nie musi oznaczać końca dla wszystkich jej planet – przynajmniej część z nich może przeżyć w nowej konfiguracji, krążąc wokół białego karła po skrajnie ciasnych orbitach.
To ma też znaczenie dla astrobiologii: jeśli gazowe olbrzymy mogą utrzymać atmosferę po śmierci gwiazdy, to być może mniejsze, skaliste światy lub ich księżyce również mogą zachować jakieś warunki sprzyjające chemii prebiotycznej.