Egzoplanet WASP-69b ima rep nalik kometi

Smještena 163 svjetlosne godine od Zemlje, egzoplanet WASP-69b, veličine Jupitera, astrofizičarima pruža uvid u dinamičke procese koji oblikuju planete širom galaksije. Zvijezda oko koje kruži prži i uklanja atmosferu planeta, a izgubljena atmosfera oblikuje se u golemi rep nalik kometi, dug najmanje 563.000 kilometara.

Novi znanstveni rad objavljen u  časopisu Astrophysical Journal opisuje kako i zašto je rep WASP-69b formiran i što njegovo formiranje može razjasniti o drugim vrstama planeta koje astronomi otkrivaju izvan našeg Sunčevog sustava.

Čudesni egzoplaneti

Kada pogledate u noćno nebo, zvijezde koje vidite zapravo su sunca, s udaljenim svjetovima koji kruže oko njih. Kako objašnjava Dakotah Tyler, doktorand iz astrofizike na Sveučilištu Kalifornija u Los Angelesu, u posljednjih 30 godina astronomi su otkrili više od 5600 egzoplaneta u našoj galaksiji, Mliječnom putu.

Nije lako otkriti planet udaljen nekoliko svjetlosnih godina. Planeti su, u usporedbi sa zvijezdama oko kojih kruže, mnogo manji i slabiji. Unatoč tim ograničenjima, istraživači egzoplaneta otkrili su zapanjujuću raznolikost planeta—od malih stjenovitih svjetova jedva većih od našeg Mjeseca, do plinovitih divova toliko kolosalnih da ih zovu “super-Jupiteri.” Međutim, najčešće otkriveni egzoplaneti su veći od Zemlje, manji od Neptuna i kruže bliže svojim zvijezdama nego što Merkur kruži oko našeg Sunca.

Ovi planeti obično spadaju u jednu od dvije skupine: super-Zemlje i sub-Neptuni. Super-Zemlje imaju polumjer do 50% veći od Zemljinog, dok sub-Neptuni obično imaju polumjer dva do četiri puta veći. Između ovih raspona polumjera nalazi se praznina poznata kao “praznina polumjera,” u kojoj rijetko pronalazimo planete. Također, planeti veličine Neptuna koji završe orbitu oko svojih zvijezda za manje od četiri dana izuzetno su rijetki. Istraživači tu prazninu nazivaju “Neptunskom pustinjom.” Neki temeljni astrofizički procesi moraju sprječavati formiranje ili opstanak tih planeta.

Uloga atmosfera

Dok se zvijezda formira, veliki disk prašine i plina stvara se oko nje, gdje planeti nastaju. Kako mladi planeti dobivaju masu, mogu nakupiti znatne atmosfere plinova. Međutim, kako zvijezda sazrijeva, počinje ispuštati visoke količine energije u obliku ultraljubičastog i rendgenskog zračenja, što može “ispeći” atmosfere planeta u procesu poznatom kao fotoevaporacija.

Neki planeti odolijevaju ovom procesu zahvaljujući masivnijoj gravitaciji, koja im pomaže zadržati izvorne atmosfere. Dodatno, planeti udaljeniji od svoje zvijezde nisu izloženi tolikom zračenju, pa im atmosfere manje erodiraju. Dakle, možda su mnoge super-Zemlje zapravo stjenovite jezgre planeta kojima su atmosfere u potpunosti skinute, dok su sub-Neptuni dovoljno masivni da zadrže svoje atmosfere.

Što se tiče neptunske pustinje, većina planeta veličine Neptuna jednostavno nema dovoljno mase da izdrži destruktivni učinak zvijezde ako orbitira preblizu. Drugim riječima, sub-Neptun koji svoju orbitu završi za četiri dana ili manje brzo gubi čitavu atmosferu. Kad se opaža, atmosfera je već izgubljena, ostavljajući samo golu, stjenovitu jezgru poznatu kao super-Zemlja. Kako bi ovu teoriju potvrdili, istraživački timovi prikupljaju dokaze.

WASP-69b je jedinstven “laboratorij” za proučavanje fotoevaporacije. Naziv “WASP-69b” potječe od njegove identifikacije kao 69. zvijezde s planetom (b) otkrivenim u anketi Wide Angle Search for Planets. Iako je 10% veći od Jupitera, bliži je masi Saturna zbog svoje male gustoće, s otprilike 30% mase Jupitera. Njegova niska gustoća rezultat je bliske orbite od 3,8 dana oko svoje zvijezde, što mu omogućuje da primi goleme količine energije koje zagrijavaju njegovu atmosferu. Kako se plin širi i zagrijava, gubi se iz gravitacije planeta.

Kada smo promatrali WASP-69b, znanstvenici su otkrili kako helij brzo napušta planet—oko 200.000 tona po sekundi, što odgovara masi Zemlje izgubljenoj svakih milijardu godina. Tijekom života zvijezde, planet će izgubiti ukupnu atmosferu 15 puta veću od Zemljine, ali će to predstavljati samo mali dio njegove ukupne mase od 90 puta Zemljine.

Rep helija, dug najmanje 563.000 km

Najimpresivnije otkriće je dugi rep helija, dug najmanje 563.000 km, koji se vuče iza planeta, oblikovan snažnim zvjezdanim vjetrovima koji djeluju na atmosferu koja bježi. Ova studija je prva koja ukazuje na to da je rep tako opsežan. Prijašnja opažanja sugerirala su manji ili nepostojeći rep, vjerojatno zbog različitih razina detekcije između različitih istraživačkih skupina ili stvarne varijabilnosti unutar sustava.

Zvijezda, poput našeg Sunca, prolazi kroz magnetski ciklus aktivnosti poznat kao “solarni ciklus,” koji traje 11 godina i uključuje razdoblja vrhunca s više bljeskova, pjega i promjena u solarnom vjetru. Svaki ciklus je jedinstven, a znanstvenici još uvijek pokušavaju predvidjeti ponašanje našeg Sunca i drugih zvijezda s magnetskim ciklusima. Varijabilnost uočena kod WASP-69b može biti rezultat različitog ponašanja njegove matične zvijezde pri svakom promatranju. Astronomi će morati nastaviti pratiti planet kako bi bolje razumjeli što se točno događa.

Promatranje gubitka mase kod WASP-69b pruža jasan uvid u evoluciju planeta. Dokaz u stvarnom vremenu o bijegu atmosfere potvrđuje teoriju da je teško pronaći vruće Neptune i planete u praznini jer nisu dovoljno masivni da zadrže svoje atmosfere. Kada ih izgube, ostaje samo stjenovita super-Zemlja.

Ova studija o WASP-69b naglašava osjetljivu ravnotežu između sastava planeta i zvjezdane okoline, oblikujući raznoliki planetarni krajolik koji danas promatramo. Svako novo otkriće približava nas razumijevanju složene strukture svemira, dok astronomi nastavljaju istraživati ove udaljene svjetove.