Większość gwiazd o umiarkowanych masach, w tym nasze Słońce, pewnego dnia zamieni się w czerwone olbrzymy. I choć w znanej nam dziś formie Słońce będziemy mogli jeszcze podziwiać przez niewyobrażalnie długi czas, to myśl, że za około miliard lat będzie ono świecić na tyle intensywnie, by zniszczyć wszelkie obecne tu życie, przyprawia niektórych o gęsią skórkę.
Gdy gwiazda przekształca się w czerwonego olbrzyma, jej promień może wzrosnąć stukrotnie, pochłaniając najbliższe planety. Mimo to w 2020 roku naukowcy z NASA używając teleskopu TESS i Spitzer odkryli WD 1856b. Jest to egzoplaneta przypominająca rozmiarem Jowisza i okrążająca białego karła. Biały karzeł to końcowy etap ewolucji gwiazdy takiej jak Słońce – następujący po fazie czerwonego olbrzyma – podczas którego gwiazda powoli stygnie na przestrzeni miliardów lat. Gwiazda, wokół której krąży obiekt WD 1856b, jest wielkości Ziemi.
Najbardziej intrygujące spostrzeżenie astronomów dotyczyło rozmiaru orbity. Egzoplaneta krąży wokół białego karła w odległości pięćdziesięciokrotnie mniejszej niż promień orbity Ziemi wokół Słońca. Autorom pracy, która ukazała się 1 lipca w Nature, nasunęło to pytanie: w jaki sposób planeta znajdująca się tak blisko swojej gwiazdy macierzystej zdołała przetrwać jej ekspansję do stadium czerwonego olbrzyma?
Oś czasu przedstawiająca cykl życia Słońca od narodzin, przez obecną fazę, aż do białego karła.
Międzynarodowy zespół ekspertów używając Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) obserwował planetę WD 1856b podczas jej tranzytów na tle jej gwiazdy. Obserwacje te pozwoliły oszacować masę planety na wartość mieszczącą się w przedziale od 4 do 11 mas Jowisza. Dzięki spektroskopii astronomowie zdołali określić skład chemiczny atmosfery WD 1856b. Ponadto autorzy badania oszacowali temperaturę obiektu na około 126 stopni Celsjusza. Ten ostatni wynik okazał się najbardziej zaskakujący: oszacowana temperatura jest znacznie wyższa od tej oczekiwanej na planecie ogrzewanej przez białego karła. To odkrycie okazało się kluczowym elementem tej zagadki.
Wizja artysty egzoplanety WD 1856b.
„Zasadnicze pytanie brzmi: jak WD 1856b znalazła się tam, gdzie jest teraz? Istnieją dwie teorie. Jedna zaklada, że planeta była w pewnym momencie pochłonięta przez umierajaca gwiazdę macierzystą, lecz zdołała przetrwać w jej wnętrzu. Druga zakłada, że wskutek oddziaływania grawitacyjnego innych obiektów w układzie doszło do migracji. Biały karzeł jest częścią układu potrójnego, a towarzyszące mu gwiazdy mogły wpłynąć na orbitę WD 1856b.” Opowiada Christopher O’Connor z Northwestern University w Illinois, współautor pracy naukowej.
Szacowana temperatura wyraźnie wskazywała, że potrzebne było dodatkowe źródło energii dla planety. Biały karzeł nie jest w stanie na tyle ogrzać ciała niebieskiego. Naukowcy doszli do wniosku, że w układzie nie ma obecnie innego wystarczająco silnego źródła energii, wysunęli zatem hipotezę, że ma to związek z wydarzeniami z przeszłości. Modelując utratę ciepła przez obiekty takie jak WD 1856b i łącząc model z nowymi danymi z JWST, naukowcy byli w stanie cofnąć się w czasie i określić, kiedy planeta musiała zostać ogrzana. Moment tego zdarzenia jest kluczowy dla ustalenia, czy temperatura planety wynika z jej pochłonięcia przez otoczkę czerwonego olbrzyma, czy też pochodzi ona z innego źródła, a planeta osiągnęła obecną orbitę poprzez późniejsza migrację. Rezultatem modelowania była konkluzja, że do ogrzania doszło najprawdopodobniej w okresie od 3 do 5,5 miliarda lat po tym, jak gwiazda stała się białym karłem.
W takim scenariuszu egzoplaneta była w bezpiecznej odległości od gwiazdy w fazie czerwonego olbrzyma, a dopiero później przemieściła się na swoją obecną orbitę. W miarę jak planeta przemieszczała się do wewnątrz ukladu, silne oddziaływanie grawitacyjne białego karła musiało spowodować jej znaczne rozgrzanie.
Autorzy pracy podkreślają, jak wielkie znaczenie mają obserwacje, które mogą nakreślić przyszłość naszego Układu Słonecznego. Czasem obserwując starsze obiekty i symulując ich przeszłość, jesteśmy w stanie zajrzeć w przyszłość.
Spektrum światła obserwowane podczas tranzytu planety. Detekcja atmosfery planety tranzytującej wokół martwej gwiazdy to pierwszy taki przypadek w historii. Astronomowie w szczególności zaobserwowali metan.
Korekta – Martyna Chruślińska, Matylda Kołomyjec
