Otkriven referentni planet za proučavanje crvenih patuljaka

Stjenoviti planeti oko crvenih patuljaka među najzanimljivijim su metama moderne astronomije, ali upravo je kod njih jedno od glavnih pitanja i dalje otvoreno: što nakon milijardi godina bliske izloženosti zračenju ostane od njihove atmosfere. Zato je otkriće planeta TOI-4616 b više od još jednog novog upisa u katalog egzoplaneta. Riječ je o svijetu veličine Zemlje koji kruži oko obližnjeg crvenog patuljka i koji bi, prema procjeni istraživača, mogao postati jedan od najvažnijih usporednih sustava za proučavanje stjenovitih planeta uz zvijezde tipa M.

TOI-4616 b posebno se izdvaja jer bi mogao poslužiti kao važan usporedni sustav za proučavanje stjenovitih planeta uz crvene patuljke. Znanstvenici predvođeni Francisom Zongom Langom iz Centra za svemir i nastanjivost pri Sveučilištu u Bernu smatraju da je riječ o rijetko dobro opisanom primjeru na kojem će biti moguće preciznije uspoređivati kako se takvi planeti razvijaju, kakva im je unutrašnja građa i koliko lako pod snažnim zračenjem ostaju bez atmosfere.

Takav naglasak nije slučajan. Danas je potvrđeno više od 6000 egzoplaneta, pa se unatoč opažačkim ograničenjima iz sve veće zbirke podataka počinju izdvajati jasni obrasci.

Jedan od najvažnijih zaključaka jest da se stjenoviti planeti posebno često pojavljuju upravo oko crvenih patuljaka. Mnogi od tih sustava sadrže i više takvih svjetova, a najpoznatiji primjer i dalje je TRAPPIST-1 sa sedam stjenovitih planeta.

Zašto je ovaj sustav važan

Crveni patuljci među najpogodnijim su zvijezdama za potragu za manjim stjenovitim planetima. Zbog malog promjera i slabijeg sjaja lakše je uočiti tranzit, odnosno prolazak planeta ispred zvijezde, a time i preciznije proučavati svojstva tih svjetova i njihovih atmosfera. No upravo tu leži i glavni problem. Stjenoviti planeti oko crvenih patuljaka najčešće kruže vrlo blizu svojoj zvijezdi, pa su izloženi snažnom zračenju i čestim bljeskovima koji im s vremenom mogu ozbiljno stanjiti ili potpuno ukloniti atmosferu.

Složenost cijele priče dodatno pojačava činjenica da crvenim patuljcima treba između jedne i dvije milijarde godina da dosegnu glavni niz, stabilnu fazu zvjezdanog razvoja. Prije toga zrače znatno jače nego poslije, pa planeti u bliskim orbitama već u ranoj fazi prolaze kroz razdoblje pojačanog gubitka atmosfere. To znači da bi mnogi takvi svjetovi mogli ostati bez većeg dijela svog izvornog plinovitog omotača još prije nego što se sustav stabilizira.

Ipak, to ne znači da je sudbina svih tih planeta unaprijed određena. Prvotne atmosfere bogate vodikom lakše nestaju, ali gušće atmosfere u kojima prevladava ugljikov dioksid mogle bi biti otpornije. Moguće je i da se sekundarne atmosfere kasnije ponovno oblikuju vulkanizmom i otplinjavanjem iz unutrašnjosti planeta, dugo nakon što zvijezda uđe u mirniju fazu. Autori navode i da dovoljno snažno magnetsko polje može pomoći planetu da zadrži barem dio atmosfere.

Upravo zato TOI-4616 b nije zanimljiv usprkos ekstremnim uvjetima, nego baš zbog njih. Istraživači ističu da se planet nalazi u iznimno snažno ozračenom okruženju za tijelo veličine Zemlje koje kruži oko crvenog patuljka srednjeg M-podtipa. Zbog toga je posebno vrijedan kao testni slučaj za modele koji pokušavaju objasniti bijeg atmosfere, unutrašnju građu planeta i sposobnost zadržavanja hlapljivih tvari.

TOI-4616 nalazi se oko 91 svjetlosnu godinu od Zemlje i po svojim je svojstvima prilično tipičan mali, hladni crveni patuljak. Ima tek oko petinu Sunčeva radijusa i mase, a površinska temperatura mu je oko 3150 kelvina, odnosno približno 2880 Celzijevih stupnjeva. Planet TOI-4616 b pritom je tek nešto veći od Zemlje, s radijusom 1,22 Zemljina radijusa, a oko svoje zvijezde obiđe za samo 1,55 dana. Procijenjena ravnotežna temperatura iznosi mu oko 525 kelvina, odnosno oko 252 Celzijeva stupnja, što jasno pokazuje koliko je snažno izložen zračenju. Upravo zato istraživačima je posebno zanimljiv: nalazi se između planeta veličine Zemlje uz nešto toplije crvene patuljke i sličnih svjetova koji kruže oko ultrahladnih zvijezda, pa je osobito koristan za usporedna istraživanja.

Jedan od boljih ciljeva za Webb

Kod mnogih stjenovitih planeta oko crvenih patuljaka problem nisu samo teški uvjeti nego i ograničeni podaci. U nekim slučajevima svojstva zvijezde nisu dovoljno precizno određena, u drugima je zabilježeno premalo tranzita, a i sami crveni patuljci, premda slabijeg sjaja od zvijezda nalik Suncu, međusobno se ipak znatno razlikuju. Zbog toga nisu svi takvi planeti jednako prikladni za detaljna opažanja atmosfera, pa ni za svemirski teleskop James Webb.

TOI-4616 b u tom se pogledu izdvaja. Planet je otkriven i statistički potvrđen opažanjima satelita TESS, a cijeli je sustav već dugo predmet promatranja različitih instrumenata. Istraživači naglašavaju da spoj blizine Zemlji, dobro određenih svojstava zvijezde i opsežnih dopunskih opažanja u više valnih područja čini ovaj sustav osobito vrijednim za buduća atmosferska i dinamička istraživanja.

Arhivski podaci o zvijezdi sežu sve do 1954. godine, što znači da astronomi raspolažu s više od sedam desetljeća opažanja. Pan-STARRS ju je promatrao 2011., SNO/Artemis 2025., a tijekom godina bilježili su je i brojni drugi teleskopi različitih mogućnosti. Takva dubina i raznolikost opažačke baze rijetka je prednost u području u kojem se mnogi zaključci još uvijek temelje na ograničenom broju mjerenja.

Zato autori TOI-4616 b ne vide samo kao još jedan zanimljiv planet uz crvenog patuljka, nego kao sustav koji može poslužiti kao čvrsto mjerilo za usporedbu. U području u kojem još nema jednostavnih odgovora na pitanje kako stjenoviti planeti nastaju, mijenjaju se i pod snažnim zračenjem ostaju bez atmosfere, upravo bi takvi sustavi mogli postati najvrjedniji. Ne zato što odmah nude konačno rješenje, nego zato što omogućuju da se ključna pitanja napokon ispituju na pouzdanijoj osnovi.