Nie jeden Jowisz we Wszechświecie

O „rozkręcaniu” gwiazd i spadających planetach opowiada dr Gracjan Maciejewski.

Zdjęcie: NASA/ESA/G. Bacon

Spotkanie z naukowcem 17 maja 2018, godz. 19.30 >

Czym są gorące jowisze i jak blisko swoich gwiazd mogą krążyć?

Planety krążące wokół gwiazd innych niż Słońce nazywamy egzoplanetami. Te z nich, których masy i rozmiary są zbliżone do Jowisza, noszą miano gorących jowiszów. Obiegają one swoje gwiazdy po orbitach zdecydowanie ciaśniejszych niż orbita Jowisza. Promienie tych orbit stanowią niewielki ułamek odległości Ziemia – Słońce. Właśnie ta bliskość gwiazdy powoduje, że na gorących jowiszach panują wysokie temperatury – rzędu kilkuset, a nawet kilku tysięcy stopni Celsjusza! Okres orbitalny tych planet – czyli czas, jaki zajmuje im pełen obieg wokół gwiazdy – to zwykle kilka dni. Zdarzają się i takie, które okrążają swoją gwiazdę w dwadzieścia kilka godzin. W przypadku Ziemi trwa to przecież rok. Astronomowie umownie nazywają  gorącymi jowiszami wszystkie egzoplanety o masach powyżej połowy masy Jowisza i okresach orbitalnych krótszych niż 10 dni.

Czy egzoplanety zawsze są obiektami gazowymi?

Wyniki uzyskane głównie dzięki badaniom z wykorzystaniem kosmicznego teleskopu Keplera pokazują, że wśród egzoplanet liczną grupę stanowią globy skaliste. Planety te są jednak bardzo małe, a więc trudniejsze do wykrycia. Warto dodać, że nasze szacunki są ograniczone w związku z niedoskonałościami dotychczasowych metod obserwacyjnych.

W jaki sposób została odkryta WASP-12 b i co jest w niej szczególnego?

Rozwój technik cyfrowych umożliwił systematyczne monitorowanie jasności setek tysięcy gwiazd. Astronomowie zauważyli, że część egzoplanet tranzytuje, to znaczy przemieszcza się na tle tarczy swoich macierzystych gwiazd. Zjawiska tego nie jesteśmy w stanie zaobserwować z uwagi na dzielącą nas od gwiazd ogromną odległość. Jednak gdy planeta zasłania tarczę gwiazdy, blokuje część światła przez nią emitowanego. Można to zaobserwować jako spadek blasku. Efekt jest niezwykle subtelny – tym słabszy, im mniejsza planeta. Egzoplaneta WASP-12 b została odkryta w 2009 roku ramach projektu naukowego Wide Angle Search for Planets. W momencie odkrycia była to najgorętsza znana planeta. Szacowane temperatury, które na niej panują to ponad 2200 stopni Celsjusza. WASP-12 b okazała się też nadzwyczaj duża. Jest prawie dwukrotnie większa od Jowisza. Obiega gwiazdę nieco gorętszą od Słońca po orbicie o promieniu zaledwie 3,4 mln km w czasie nieco ponad 26 godzin.

Na czym polegały Pańskie badania WASP-12 b? Czy bada Pan tę planetę nadal?

Moje badania polegały na systematycznym wyznaczaniu okresu orbitalnego planety poprzez obserwacje tranzytów. Korzystając z różnych teleskopów, ulokowanych w obserwatoriach od Bułgarii po Wyspy Kanaryjskie, monitorowałem blask gwiazdy i rejestrowałem tak zwaną krzywą blasku zjawiska tranzytu. Analiza tego typu danych polega na bardzo dokładnym określaniu momentu nastania tranzytu i sprawdzaniu, czy pojawiają się odstępstwa od przewidywań modelowych. Przyjętą metodę nazywa się chronometrażem tranzytów egzoplanetarnych. Układ planetarny z planetą WASP-12 b okazał się na tyle ciekawy, że jego badania kontynuuję, rozszerzając je o inne metody obserwacyjne.

Skąd wiadomo, że WASP-12 b spada na swoją gwiazdę?

Obserwacje wykazały, że okres orbitalny planety systematycznie skraca się w tempie 26 tysięcznych sekundy na rok. To pozwala obliczyć, że orbita zacieśnia się o około 600 m rocznie i – co najciekawsze – planeta ostatecznie spadnie na swoją gwiazdę za około milion lat.

Jakie mogą być przyczyny spadku WASP12 b na gwiazdę WASP12?

Wszystko wskazuje na to, że za spadek odpowiedzialne są pływy wzbudzane w gwieździe przez planetę. Fizyka tego zjawiska jest taka sama, jak w przypadku Ziemi i Księżyca. Księżyc (podobnie z resztą jak i Słońce) wzbudza pływy morskie, które są następstwem przemieszczania się ogromnych mas wody w morzach i oceanach. Ziemia obraca się szybciej niż obiega ją Księżyc. Pływy powodują, że energia związana z ruchem obrotowym naszej planety jest stopniowo przekazywana na rzecz ruchu orbitalnego naszego naturalnego satelity. W konsekwencji rotacja Ziemi spowalnia, a Księżyc oddala się, obecnie w tempie kilku centymetrów rocznie. W przypadku układu WASP-12 mamy odwrotną sytuację – ciało centralne (gwiazda) obraca się wolniej niż obiega ją planeta. Dlatego gwiazda jest niejako „rozkręcana” kosztem ruchu orbitalnego planety.

Czy w Układzie Słonecznym mogły być kiedyś planety, które spadały na nasze Słońce?

Tego oczywiście wykluczyć nie można – szczególnie we wczesnych etapach ewolucji Układu Słonecznego. Któraś ze świeżo uformowanych, młodych planet skalistych w skutek perturbacji grawitacyjnych pochodzących od innych globów mogła zostać skierowana na orbitę kolizyjną ze Słońcem. Wiemy przecież, że zderzenia w młodym Układzie Słonecznym zdarzały się – najlepszą po nich pamiątką jest Księżyc! Natomiast żaden z modeli naukowych nie zakłada, że na Słońce spadła kiedyś planeta z rodziny masywnych gazowych czy gazowo-lodowych olbrzymów.

Czy planety Układu Słonecznego mogłyby spaść na Słońce w przyszłości?

Choć mówi się, że Układem Słonecznym rządzi chaos, w przewidywalnej przyszłości wydaje się to bardzo mało prawdopodobne.

Dziękuję za rozmowę.
 

Rozmawiała: Katarzyna Nowicka
Data publikacji: 23 kwietnia 2018