Odległa egzoplaneta z gorącym Jowiszem porzuciła typowe samotnicze życie, jakie zwykle prowadzą światy tego rodzaju, na rzecz towarzystwa innej planety – i teraz astronomowie myślą, że wiedzą dlaczego.
Gorący Jupitersą gazowi giganci krążące bardzo blisko swojej gwiazdy. Jednakże nie tworzą się one tak blisko siebie, ale raczej gromadzą się znacznie dalej od siebie, zanim migrują do wewnątrz. Kiedy wyruszają w tę podróż, zwykle wyrzucają inne planety na swojej drodze — ale wydaje się, że gorący Jowisz TOI-1130c uczepił się mniejszej planety jako towarzysz podróży. Wygląda na to, że oboje wyemigrowali w ich kierunku gwiazda razem.
„To był system jedyny w swoim rodzaju” – powiedział Huang w: oświadczenie. „Gorące Jowisze są «samotne», co oznacza, że nie mają planet towarzyszących na swoich orbitach. Są tak masywne, a ich grawitacja tak silna, że wszystko, co znajduje się na ich orbicie, zostaje po prostu rozproszone. Jednak w jakiś sposób dzięki temu gorącemu Jowiszowi wewnętrzny towarzysz przetrwał, a to rodzi pytania o to, jak mógł powstać taki układ”.
Obecnie międzynarodowy zespół astronomów pod przewodnictwem Saugaty Barata z MIT i łącznie z Huangiem uważa, że znalazł odpowiedź, przedstawiając Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) do walki z gorącym towarzyszem Jowisza, którym jest mini-Neptun typ świata trzy i pół razy większy od średnicy Ziemia i skatalogowany jako TOI-1130b. Obserwując układ podczas tranzytu mini-Neptuna przez swoją gwiazdę, udało im się zlokalizować miejsca, w których atmosfera planety pochłania światło gwiazdy. Długości fal pochłanianego światła powiedziały im, że na planecie panuje „ciężka” atmosfera pełna pary wodnej, dwutlenku węgla, dwutlenku siarki i oznak metanu. W tym kontekście „ciężki” oznacza cięższy od wodoru i helu, czyli pierwiastków, które, jak się oczekuje, będą dominować w atmosferze, gdyby mini-Neptun uformował się blisko swojej gwiazdy.
Zamiast tego mini-Neptun i gorący Jowisz musiały uformować się poza linią śniegu – czasami nazywaną „linią mrozu” – czyli odległością w dysku protoplanetarnym, która pozostawiła planety, na których temperatury były wystarczająco niskie, aby woda zamieniła się w lód, a nie w ciecz lub parę.
„Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy atmosferę planety znajdującej się wewnątrz orbity gorącego Jowisza” – powiedział Barat. „Ten pomiar mówi nam, że ten mini-Neptun rzeczywiście uformował się poza „linią mrozu””.
Mini-Neptun raczej przetrwał, niż został porwany przez grasującego gorącego Jowisza, ponieważ obaj w metaforyczny sposób trzymali się za ręce podczas wspólnej migracji, zanim ostatecznie osiedlili się na swoich obecnych orbitach, gdzie są zakotwiczeni przez rezonans grawitacyjny między nimi.
Na swoich obecnych orbitach TOI-1130b okrąża swoją gwiazdę co cztery dni w odległości 4,2 miliona mil (6,8 miliona kilometrów lub 0,0453 jednostki astronomiczneAU) i o temperaturze 1025 stopni Fahrenheita (550 stopni Celsjusza). Tymczasem TOI-1130c okrąża planetę co osiem dni w odległości 10,9 miliona km (0,0731 AU), czyli wystarczająco blisko, aby osiągnąć temperaturę 930 stopni F (500 stopni C). Innymi słowy, planety znajdują się w rezonansie 2:1, w którym mini-Neptun obiega dwa razy na każde okrążenie gorącego Jowisza.
Jednakże powiązania grawitacyjne między obiema planetami również stanowiły wyzwanie dla zespołu Barata, który obserwował je za pomocą JWST.
Ponieważ oba światy oddziałują na siebie grawitacyjnie, przyciągając się lub zatrzymując w różnych punktach swoich orbit, prowadzi to do zmian w czasie tranzytu, czyli TTV – rozbieżności w przewidywanym czasie przejścia przez swoją gwiazdę. Ponieważ czas spędzony na JWST był bardzo poszukiwany, zespół Barata miałby tylko jedną szansę na obserwację planet, a jeśli źle obliczyłby i przeprowadził obserwację w niewłaściwym czasie, przegapiłby ją.
„To była trudna prognoza i musieliśmy się trafić” – powiedział Barat.
Aby to osiągnąć, Judith Korth z Uniwersytetu w Lund w Szwecji opracowała model oparty na wcześniejszych obserwacjach układu, za pomocą którego można przewidzieć, kiedy każda planeta będzie przechodzić. Model sprawdził się znakomicie, a obserwacje JWST wyjaśniły nie tylko układ TOI-1130, ale prawdopodobnie wszystkie mini-Neptuny znajdujące się blisko swojej gwiazdy.
„Ten system reprezentuje jedną z najrzadszych architektur, jakie astronomowie kiedykolwiek odkryli” – podsumował Barat. „Obserwacje TOI-1130b dostarczają pierwszej wskazówki, że takie mini-Neptuny, które tworzą się poza liniami wody/lodu, rzeczywiście występują w naturze.”
Wyniki opublikowano 5 maja br Listy z dziennika astrofizycznego.
