Astronomi su potvrdili da oko zvijezde TOI-201 kruže super-Zemlja, vrući Jupiter i smeđi patuljak, ali pravo iznenađenje krije se u načinu na koji se taj sustav ponaša. Riječ je o jednome od rijetkih poznatih planetarnih sustava u kojem se promjene orbita mogu pratiti na vremenskoj skali ljudskog života.
Novo istraživanje, koje je vodio Ismael Mireles sa Sveučilišta New Mexico, pokazuje da se geometrija sustava TOI-201 postupno mijenja toliko brzo da će za oko 200 godina jedan od njegovih članova prestati prolaziti ispred zvijezde gledano sa Zemlje.
U sustavu TOI-201 potvrđena su tri tijela koja se jasno razlikuju po masi, sastavu i orbitama. Najbliže zvijezdi nalazi se TOI-201 d, stjenovita super-Zemlja promjera oko 1,4 Zemljina i mase približno šest puta veće od Zemljine. Oko svoje zvijezde kruži vrlo blizu, a orbitalno razdoblje iznosi 5,85 dana, pa se smatra da je ondje prevruće za postojanje tekuće vode.
Dalje kruži TOI-201 b, plinoviti div mase približno polovice Jupiterove, s orbitalnim razdobljem od 53 dana. Takvi su svjetovi osobito zanimljivi jer astronomi još ne razumiju do kraja kako završe na orbitama na kojima ih danas nalaze.
Najmasivniji član sustava nakon matične zvijezde jest TOI-201 c, smeđi patuljak na širokoj i vrlo izduženoj orbiti čije orbitalno razdoblje iznosi oko 7,9 godina. Upravo on svojim gravitacijskim djelovanjem najviše određuje dinamičko ponašanje cijelog sustava.
Smeđi patuljak koji remeti cijeli sustav
TOI-201 c privlači pozornost još jednim razlogom. Po masi se nalazi tik uz granicu koja razdvaja vrlo masivne planete od smeđih patuljaka, pa se odmah otvara i pitanje njegova podrijetla: je li nastao kao planet ili procesom sličnijim nastanku zvijezda.
Smeđi patuljci masivniji su od planeta, ali nemaju dovoljnu masu da bi u svojoj jezgri trajno održavali fuziju vodika kao prave zvijezde. U slučaju TOI-201 c dodatnu važnost daje činjenica da je riječ o tranzitnom objektu s najduljim dosad otkrivenim orbitalnim razdobljem. Takvi su prolazi iznimno rijetki, što znači da astronomi imaju vrlo malo prilika promatrati ga dok prelazi ispred svoje zvijezde.
Upravo zato ovaj je sustav posebno vrijedan za istraživanje. Većina dosad poznatih tranzitnih smeđih patuljaka kruži mnogo bliže svojim zvijezdama, dok se TOI-201 c nalazi znatno dalje i pritom dijeli sustav s dvama unutarnjim planetima.
No najzanimljivije obilježje sustava TOI-201 nije samo raznolikost njegovih članova, nego raspored njihovih orbita. Umjesto da kruže u gotovo istoj ravnini, kako bi se očekivalo za tijela nastala iz istog protoplanetarnog diska, njihove su orbite međusobno nagnute.
Zbog toga se pod utjecajem međusobne gravitacije njihove putanje postupno mijenjaju. Istraživači ističu da je TOI-201 jedan od rijetkih poznatih sustava u kojem se takva orbitalna evolucija može pratiti na vremenskoj skali ljudskog života.
Posljedice su vrlo konkretne. Za oko 200 godina super-Zemlja TOI-201 d više se sa Zemlje neće vidjeti kako prolazi ispred svoje zvijezde. Nekoliko stoljeća poslije isto će se dogoditi i TOI-201 b, a zatim i TOI-201 c. Ipak, to neće biti trajno: nakon tisuća godina, kada se geometrija sustava ponovno promijeni, tranziti će se vratiti.
Do trodimenzionalne slike sustava došli su spajanjem četiri metode
Sustav TOI-201 potvrđen je kombinacijom četiriju opažačkih metoda. Prva među njima bila je spektroskopija, kojom se mjeri sitno gibanje zvijezde pod gravitacijskim utjecajem tijela koja oko nje kruže. Na temelju tih podataka istraživači su mogli procijeniti njihove mase. U analizi su korišteni podaci instrumenata CORALIE, HARPS i PFS, kao i arhivska mjerenja instrumenata FEROS u Čileu te MINERVA-Australis u Australiji.
Druga ključna metoda bila je tranzitna fotometrija, odnosno praćenje kratkotrajnog slabljenja sjaja zvijezde kada neko tijelo prođe ispred nje. U istraživanje su uključeni podaci NASA-inog teleskopa TESS, opažanja teleskopa ASTEP na Antarktici te mjerenja globalne mreže LCOGT s lokacijama u Čileu, Australiji i Južnoj Africi.
Znanstvenici su pritom analizirali i varijacije u vremenu tranzita, vrlo mala odstupanja u točnom trenutku prolaska planeta ispred zvijezde, koja mogu upućivati na gravitacijski utjecaj drugog tijela u sustavu. Četvrti pristup bila je astrometrija, u kojoj su upotrijebljeni podaci svemirskih misija Hipparcos i Gaia za mjerenje sićušnih pomaka zvijezde na nebu, izazvanih prisutnošću masivnog pratioca.
Tek je spoj svih tih metoda omogućio rekonstrukciju trodimenzionalne arhitekture sustava i otkrio koliko je ona dinamična.
Sljedeći tranzit objekta TOI-201 c predviđen je za 26. ožujka 2031. Budući da tom smeđem patuljku za jedan obilazak oko zvijezde treba gotovo osam godina, svako takvo opažanje predstavlja rijetku i vrijednu priliku za nova mjerenja te provjeru modela koji opisuju ponašanje sustava.
TOI-201 pruža rijedak uvid u to kako se planetarne orbite mogu mijenjati, kako tranziti s vremenom mogu nestati pa se ponovno pojaviti i koliko dinamični mogu biti sustavi koji na prvi pogled djeluju mirno i stabilno.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
