Najmłodsza znana planeta Elias 2‑24 b dopiero się rodzi

Astronomowie potwierdzili istnienie wyjątkowo młodej egzoplanety Elias 2‑24 b – świata, który ma mniej niż milion lat i wciąż formuje się w dysku gazu i pyłu wokół swojej gwiazdy. To najprawdopodobniej najmłodsza znana planeta, a jej odkrycie daje rzadką okazję, by przyłapać proces narodzin planety na gorącym uczynku.

Wizja artystyczna dysku protoplanetarnego wokół gwiazdy Elias 2‑24: w centrum jasna, młoda gwiazda otoczona świecącym dyskiem gazu i pyłu z wyraźną pierścieniową luką. W tej luce pokazana jest świeżo uformowana planeta wielkości Jowisza, zanurzona w strumieniach materii spływającej z dysku na jej atmosferę; w tle delikatnie zarysowane gwiazdy w ciemniejszym otoczeniu.
*Źródło: Obserwatorium WM Kecka/Adam Makarenko*

Planeta‑niemowlę w kosmicznej kołysce

Elias 2‑24 b krąży wokół młodej gwiazdy Elias 2‑24, oddalonej o około 450 lat świetlnych od Ziemi – to jeden z pobliskich obszarów formowania się gwiazd i planet. Planeta znajduje się wciąż w dysku protoplanetarnym: spłaszczonym, wirującym talerzu gazu i pyłu, z którego rodzą się planety, księżyce i mniejsze ciała.

Dysk protoplanetarny nie jest jednorodny – na obrazach radioteleskopu ALMA widać w nim jasne pierścienie i ciemniejsze przerwy, czyli luki. Już kilka lat temu w dysku wokół Elias 2‑24 zauważono taką wyraźną lukę, co sugerowało, że wewnątrz niej coś sprząta materię na swojej orbicie.

Jak szuka się planet w lukach dysku

Elias 2‑24 b została potwierdzona dzięki połączeniu danych z kilku wielkich obserwatoriów: sieci ALMA w Chile, Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) Europejskiego Obserwatorium Południowego oraz teleskopu Kecka na Mauna Kea. Kluczową rolę odegrały archiwalne obserwacje Kecka wykonane z użyciem koronografu – urządzenia, które przesłania jasną gwiazdę, pozwalając dostrzec bardzo słabe obiekty tuż obok niej, takie jak planety.

Zespół kierowany przez Andrea Bernardiego przeanalizował dane siedmiu młodych gwiazd z dyskami pełnymi pyłu, wybierając właśnie te z wyraźnymi lukami. Następnie szukano w archiwum Kecka słabych punktów światła znajdujących się dokładnie w tych przerwach – w przypadku Elias 2‑24, niezależne obserwacje z lat 2018 i 2020 pokazały ten sam obiekt poruszający się po orbicie, zachowujący się jak planeta, a nie tło czy artefakt instrumentalny.

Co wiemy o Elias 2‑24 b

Nowo potwierdzona planeta ma masę porównywalną z Jowiszem – analizy wskazują, że jest prawdopodobnie około 2–4 razy masywniejsza od największej planety Układu Słonecznego. Jednocześnie wciąż aktywnie dokarmia się materią z otaczającego ją dysku, co widać w poświacie z obszaru luki.

Jej orbita znajduje się niemal dwukrotnie dalej od gwiazdy niż orbita Neptuna od Słońca: Elias 2‑24 b krąży około 55 razy dalej od swojej gwiazdy niż Ziemia od Słońca, czyli znacznie dalej niż jakakolwiek planeta w naszym Układzie. Najbardziej niezwykły jest jednak wiek: szacunki mówią, że planeta ma mniej niż milion lat – co najmniej dwa razy mniej niż dotychczasowi rekordziści wśród dziecięcych egzoplanet, znanych z układów PDS 70 i WISPIT 2.

Kłopot dla modeli narodzin planet

Standardowe modele formowania się gazowych olbrzymów – tzw. akrecji jądra – zakładają, że najpierw powstaje masywne ziarno złożone z lodów i skał, a dopiero potem obiekt przyciąga ogromne ilości gazu. Według takich modeli zbudowanie planety jowiszowej w odległości Jowisza od Słońca powinno zająć około 5 milionów lat, a jeszcze dalej – jeszcze więcej czasu.

Tymczasem Elias 2‑24 b jest już uformowaną, masywną planetą w zewnętrznej części dysku, choć sama gwiazda i jej otoczenie są znacznie młodsze niż 5 milionów lat. To oznacza, że w zewnętrznych rejonach dysków protoplanetarnych proces wzrostu gazowych olbrzymów może zachodzić szybciej, niż przewidywały dotychczasowe symulacje – albo że w grę wchodzą dodatkowe mechanizmy, których nie uwzględniono w klasycznych modelach.

Lukę naprawdę wypełnia planeta

Elias 2‑24 b jest jednym z najczytelniejszych przykładów związku między strukturą dysku a obecnością planety: widzimy lukę w dysku, a w jej wnętrzu faktycznie znajduje się obiekt o cechach planety. Daje to mocny argument za hipotezą, że przynajmniej część pierścieni i przerw obserwowanych przez ALMA w dyskach protoplanetarnych jest rzeźbiona właśnie przez świeżo narodzone planety.

Astronomowie podkreślają też rolę archiwów danych: sygnał Elias 2‑24 b był obecny w obserwacjach od lat, ale dopiero nowsze metody analizy i porównanie zestawów danych z różnych lat pozwoliły przesądzić, że to naprawdę planeta. To zachęta, by wracać do archiwalnych obserwacji z koronografami i interferometrami, szukając w nich kolejnych ukrytych niemowlęcych planet.

Co dalej: Roman i era planet‑niemowląt

Odkrycie Elias 2‑24 b pokazuje, jak wiele możemy zyskać, patrząc na młode układy planetarne z wielu instrumentów jednocześnie. W najbliższych latach ważną rolę w badaniu takich obiektów odegra Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman – nowy kosmiczny teleskop NASA wyposażony w bardzo czuły koronograf, który ma zmniejszyć ślepotę na młode planety w jasnym otoczeniu gwiazd.

Roman powinien umożliwić wykrywanie planet w mniejszych odległościach od gwiazd, w tym prawdziwych analogów do jowiszów, które obecnie giną w blasku swoich słońc. Każda kolejna odkryta planeta niemowlęca, taka jak Elias 2‑24 b, pomoże domknąć lukę między teorią a obserwacjami i lepiej zrozumieć, jak rodzą się różne typy światów – od gazowych olbrzymów po potencjalne bliźniaczki Ziemi.