Astronomowie zaskoczeni „niemożliwą” planetą. Układ LHS 1903 łamie zasady kosmosu

W odległym zakątku nieba, wśród gwiazd konstelacji Rysia, kryje się układ, który wprawia astronomów w osłupienie. LHS 1903 to niewielka, chłodna gwiazda, wokół której krąży system planetarny łamiący wszystkie znane reguły. Dwie potężne gazowe planety otaczają maleńką, gęstą planetę skalną – to trochę tak, jakbyś w samolocie zobaczył pasażera w koszmarnie pogniecionym garniturze siedzącego między dyrektorami w eleganckich frakach. Coś po prostu nie pasuje.

W odległym zakątku kosmosu astronomowie znaleźli planetarną układankę, której nikt się nie spodziewał.

Jeden z elementów zupełnie nie pasuje do reszty.

Chodzi o nowy system egzoplanetarny LHS 1903, w którym mała, skalista planeta krąży daleko za dwiema ogromnymi gazowymi planetami. Według obowiązujących modeli taka konfiguracja nie powinna powstać w naturalny sposób – a jednak istnieje i zmusza naukowców do poprawiania podręczników z astrofizyki.

Planeta, która nie powinna istnieć w tym miejscu

W centrum historii stoi niepozorna gwiazda LHS 1903 w gwiazdozbiorze Rysia. To niewielka, stosunkowo chłodna gwiazda, wokół której astronomowie znaleźli cztery planety. Trzy z nich pasują do tego, co znamy z innych systemów. Czwarta – zupełnie nie.

Standardowy scenariusz zakłada, że:

• duże gazowe olbrzymy powstają daleko od gwiazdy, gdzie jest chłodniej i łatwiej o lód oraz gazy,
• małe skaliste planety rodzą się bliżej gwiazdy, w bardziej „suchym” rejonie dysku protoplanetarnego,
• im dalej od gwiazdy, tym większa szansa na potężną, gazową otoczkę planety.

W LHS 1903 jest odwrotnie, niż podpowiadałaby intuicja. Za dwiema masywnymi gazowymi gigantami siedzi mały, gęsty, skalisty glob. Taka planeta powinna dawno temu „ubrać się” w grubą warstwę wodoru i helu i zamienić się w kolejnego gazowego olbrzyma. Tymczasem pozostała kamienna.

Naukowcy przyznają wprost: skalisty glob za gazowymi gigantami łamie dotychczasowe reguły tworzenia się planet i wymusza nowe scenariusze.

CHEOPS wychwytuje subtelne sygnały

Do identyfikacji tego nietypowego układu wykorzystano teleskop kosmiczny CHEOPS Europejskiej Agencji Kosmicznej. To wyspecjalizowana misja, która z niezwykłą precyzją mierzy spadki jasności gwiazdy podczas tzw. tranzytów, czyli przejść planet na tle tarczy gwiazdy.

CHEOPS nie poluje tylko na nowe planety. Jego zadaniem jest także doprecyzowanie:

W przypadku LHS 1903 zarejestrowane dane od razu zwróciły uwagę badaczy. Trzy wewnętrzne planety zachowywały się jak typowe obiekty: dwie gazowe i jedna bardziej klasyczna. Czwarta, najbardziej zewnętrzna, okazała się zaskakująco mała i gęsta – czyli skalista – mimo odległej orbity.

Jak mógł powstać skalisty glob tak daleko od gwiazdy?

Aby wytłumaczyć tę zagadkę, naukowcy musieli wyjść poza tradycyjne modele, w których wszystkie planety formują się w tym samym czasie z jednego, bogatego w gaz dysku. Analiza opublikowana w czasopiśmie Science sugeruje, że kluczem jest moment narodzin poszczególnych planet.

Typowy scenariusz wygląda tak: gdy młoda gwiazda otoczona jest dyskiem gazu i pyłu, w zewnętrznych, chłodnych rejonach powstają masywne zalążki przyszłych gazowych gigantów. Zasysają one wodór i hel, rozrastając się do rozmiaru Jowisza czy Saturna. Jeśli w tej samej okolicy zaczyna się tworzyć mniejszy obiekt, również ma szansę urosnąć do gazowej planety – gazu jest wtedy sporo.

LHS 1903 sugeruje inny przebieg zdarzeń. Według badaczy:

• dwie gazowe planety uformowały się wcześnie, w czasie, gdy dysk był jeszcze bogaty w lekki gaz,
• po pewnym czasie gaz rozproszył się w przestrzeni, co naturalnie dzieje się w młodych systemach,
• dopiero wtedy, na bocznym torze, zaczęła powstawać czwarta planeta – z resztek cięższej materii, bez dostępu do dużych ilości wodoru i helu.

W takim scenariuszu później urodzona planeta nie ma już z czego zbudować grubej atmosfery. Zostaje „skazana” na bycie skalistym globem mimo dalekiej orbity. To właśnie tę opcję wskazują autorzy pracy – tworzenie się planet w kilku wyraźnych etapach, przesuniętych w czasie.

Skalista planeta na dalekiej orbicie sugeruje, że powstała po gazowych gigantach, gdy lekki gaz zniknął z dysku. Czas, a nie tylko odległość od gwiazdy, może decydować o tym, jaką postać przybierze nowy glob.

Układ, który burzy prosty obraz ewolucji planet

LHS 1903 pokazuje, że kosmiczne architektury mogą być znacznie bardziej skomplikowane, niż sądzono jeszcze dekadę temu. Przez lata w podręcznikach dominował dość uporządkowany model: planety formują się w pasmach, zachowują swoje miejsca, a różnice między nimi wynikają głównie z odległości od gwiazdy i ilości dostępnego materiału w danej strefie.

Nowy system podpowiada coś innego: proces tworzenia się planet wygląda raczej jak seria nakładających się etapów. W danym rejonie mogą powstawać różne typy ciał niebieskich, w zależności od tego, czy w danej chwili w otoczeniu wciąż krąży gaz, czy została już tylko cięższa materia stała.

Naukowcy zastanawiają się teraz, czy LHS 1903 jest odosobnionym przypadkiem, czy raczej zapowiedzią całej klasy układów, które do tej pory umykały obserwacjom. Jeśli takie konfiguracje występują częściej, trzeba będzie zaktualizować nie tylko modele formowania się planet, ale też strategie ich poszukiwania.

Nowa grupa „niedostrzeżonych” skalistych planet?

Do tej pory większość znanych skalistych egzoplanet znajduje się stosunkowo blisko swoich gwiazd, gdzie łatwiej je wykryć metodą tranzytów lub pomiarów prędkości radialnych. Odległe, małe globy giną w szumie danych, ich sygnał jest bardzo słaby, a tranzyty rzadkie.

LHS 1903 sugeruje, że na obrzeżach wielu systemów mogą krążyć nieduże, gęste globy, które powstały późno – już po rozproszeniu gazu. Ich obecność komplikuje obraz ewolucji, ale jednocześnie otwiera nowe możliwości: może część z nich przypomina super-Ziemie, a część ma zupełnie egzotyczny skład.

Jeśli odległe, skaliste planety wcale nie są rzadkością, zakres miejsc, w których mogą istnieć „ziemie” innych gwiazd, gwałtownie się poszerza.

Co oznacza LHS 1903 dla poszukiwań planet podobnych do Ziemi

System LHS 1903 nie jest automatycznie kandydatem na środowisko przyjazne życiu. Skalista planeta krąży daleko, prawdopodobnie w bardzo chłodnym rejonie, z warunkami raczej nieprzypominającymi tych z Ziemi. Ale jego konfiguracja sama w sobie jest cenną wskazówką.

Modele astrobiologiczne do tej pory mocno skupiały się na tzw. strefie zamieszkiwalnej, czyli odległości, w której na powierzchni planety może występować ciekła woda. LHS 1903 pokazuje, że zanim zaczniemy oceniać „zamieszkiwalność”, trzeba lepiej zrozumieć historię samego układu: kiedy powstawały jego planety, ile było gazu, jak zmieniała się orbita każdego globu.

Teleskopy takie jak CHEOPS czy nadchodzące misje następnej generacji pozwolą szukać podobnych układów i sprawdzać, czy opóźnione narodziny skalistych planet to wyjątek, czy reguła. Dla polskiego czytelnika oznacza to jedno: w najbliższych latach doniesienia o „dziwnych” systemach planetarnych mogą się stać codziennością, tak jak kilkanaście lat temu nagłówki o pierwszych egzoplanetach.

Dlaczego w ogóle tak nas to obchodzi?

Historie takie jak LHS 1903 nie są tylko ciekawostką dla pasjonatów kosmosu. W tle toczy się znacznie większa gra: próba zrozumienia, czy Układ Słoneczny jest typowy, czy raczej stanowi wyjątek od reguły. Jeśli okaże się, że inne gwiazdy często mają bardziej chaotyczne konstelacje planet, nasze spojrzenie na pozycję Ziemi w kosmosie będzie wymagało korekty.

Każdy taki system działa jak naturalne laboratorium. LHS 1903 uczy, że kluczem do zrozumienia architektury planet może być nie tylko miejsce, w którym powstały, ale przede wszystkim moment, w którym to się wydarzyło. Prosty schemat „blisko – skaliste, daleko – gazowe” przestaje wystarczać. Trzeba brać pod uwagę zegar kosmiczny, który tyka inaczej dla każdej planety, nawet w obrębie jednego układu.