Beta Pictoris b jedan je od najbolje proučenih mladih egzoplaneta, ali njegovo podrijetlo i dalje nije razjašnjeno. Nova, preciznija opažanja ispravila su ranije mjerenje, a zatim pokazala da metoda kojom su astronomi namjeravali utvrditi gdje je planet nastao možda uopće ne daje dovoljno jasan odgovor.
Mladi planet koji možemo izravno promatrati
Beta Pictoris b kruži oko zvijezde stare tek 23 milijuna godina. Sustav Beta Pictoris okružen je velikim diskom prašine i plina te sadrži najmanje tri plinovita planeta, zbog čega astronomima omogućuje proučavanje razdoblja u kojem su planetarni sustavi još vrlo mladi.
Beta Pictoris b otkriven je 2008. izravnim snimanjem. Masa mu je približno 11 puta veća od Jupiterove, a jedan obilazak oko zvijezde traje oko 23 godine. Trenutačno se nalazi na udaljenosti od približno 10 astronomskih jedinica od svoje zvijezde. Jedna astronomska jedinica odgovara prosječnoj udaljenosti Zemlje od Sunca.
Tim koji je vodila Antonia von Stauffenberg s Instituta Max Planck za astronomiju proučio je atmosferu planeta nadograđenim instrumentom GRAVITY+. Instrument je postavljen na Interferometru Vrlo velikog teleskopa Europskog južnog opservatorija u Čileu, a njegova poboljšana optika omogućuje preciznije promatranje izravno snimljenih egzoplaneta.
Istraživače je zanimalo može li sastav atmosfere otkriti u kojem je dijelu nekadašnjeg protoplanetarnog diska Beta Pictoris b nastao.
Kemijski omjer trebao je sačuvati zapis o nastanku planeta
U disku iz kojeg nastaju planeti temperatura opada s udaljenošću od zvijezde. Dovoljno daleko od nje postaje toliko hladno da se ugljikov monoksid, koji je u unutarnjem dijelu diska plin, smrzava. Granica iza koje dolazi do njegova smrzavanja naziva se snježnom granicom ugljikova monoksida.
Astronomi su pokušali odrediti s koje je strane te granice nastao Beta Pictoris b. U njegovoj su atmosferi mjerili omjer dviju inačica ugljikova monoksida, 12CO i 13CO. Razlikuju se po izotopu ugljika koji sadrže, pa molekula 13CO ima nešto veću masu.
Pretpostavka je bila da bi njihov omjer mogao pokazati je li planet većinu materijala prikupio u toplijem području, gdje je ugljikov monoksid bio u plinovitom stanju, ili u hladnijem vanjskom dijelu diska, gdje se nalazio u ledu.
Prvo mjerenje, provedeno prije nadogradnje instrumenta GRAVITY, pokazalo je razmjerno nizak omjer. Takav bi rezultat upućivao na nastanak planeta u hladnom vanjskom dijelu diska. Budući da se Beta Pictoris b danas nalazi unutar takozvane “snježne granice”, to bi značilo da se nakon nastanka približio zvijezdi.
Autori su, međutim, odmah upozorili da je signal 13CO vrlo slab i da tadašnji instrument možda nije mogao dovoljno pouzdano obaviti mjerenje.
Novo mjerenje dovelo je u pitanje cijelu metodu
Opažanja instrumentom GRAVITY+ dala su znatno viši i precizniji omjer 12CO i 13CO. Taj se rezultat podudara s neovisnom analizom provedenom drugim instrumentom, dok je ranija vrijednost očito bila pod utjecajem sustavnih pogrešaka.
Prema novom mjerenju, Beta Pictoris b mogao je nastati u toplijem dijelu protoplanetarnog diska, bliže svojem današnjem položaju. Time je oslabila pretpostavka da je planet nastao mnogo dalje od zvijezde i naknadno promijenio putanju.
Ipak, istraživači nisu dobili odgovor kojem su se nadali. Izmjereni omjer sličan je vrijednostima pronađenima u Sunčevu sustavu, međuzvjezdanom prostoru i atmosferama većine od desetak mladih plinovitih divova proučenih na isti način.
Upravo je ta ujednačenost problem. Ako planeti nastali u različitim uvjetima imaju gotovo jednak omjer ugljikovih izotopa, taj podatak ne može pouzdano pokazati na kojoj su udaljenosti od zvijezde nastali. Razlike bi mogle biti premale za sadašnja mjerenja, no moguće je i da postojeći modeli ne opisuju dovoljno dobro kemiju ugljikova monoksida u hladnim područjima protoplanetarnih diskova.
“Još je teško upotrebljavati 13CO kao pokazatelj nastanka divovskih planeta zbog nesigurnosti koje i dalje postoje u modelima i mjerenjima”, rekla je von Stauffenberg.
Slabe promjene sjaja mogle bi otkriti izgled atmosfere
Istraživači su u podacima pronašli i naznake da se sjaj planeta mijenja tijekom vremena. Uočene promjene približno odgovaraju njegovoj rotaciji, koja traje oko 8,7 sati.
Signal zasad nije dovoljno pouzdan za potvrdu, ali mogao bi biti posljedica nejednake raspodjele oblaka ili kemijskih spojeva u atmosferi. Dok se planet okreće, prema promatraču bi se naizmjenično okretala područja različite svjetline, što bi objasnilo zabilježene promjene.
Za provjeru te mogućnosti bit će potrebna osjetljivija opažanja. Još je teži problem podrijetlo samog planeta: preciznije mjerenje otkrilo je pogrešku u starim podacima, ali i granicu metode od koje se očekivao odgovor.