Na długo przed powstaniem Układu Słonecznego, wokół podobnej do Słońca gwiazdy uformowała się planeta o rozmiarach Jowisza. Teraz, 13 miliardów lat później, Teleskop Kosmiczny Hubble’a pozwolił precyzyjnie określić masę najdalszej i najstarszej planety, a dodatkowo grupa naukowców określiła wiek i masę towarzyszącego jej helowego białego karła.

W numerze Science z 11 lipca, Brad Hansen, profesor fizyki i astronomii na UCLA oraz jego współpracownicy donoszą, że biały karzeł liczy sobie zaledwie 48 milionów lat (wiek większości karłów krążących wokół gwiazd neutronowych wynosi kilka miliardów lat). Jego masa wynosi około jednej trzeciej masy Słońca, dokładniej 35 procent. Planeta okrążą parę wypalonych gwiazd, białego karła i pulsar. Układ znajduje się w jądrze gromady kulistej.

Zdjęcie po lewej stronie przedstawia gromdę kulistą M4. Zielonym prostokontem zaznaczono obszar widoczny na zdjęciu po przwej, wykonanym przez Teleskop Hubble’a. Strzałka wskazuje białego karła krążącego wokół pulsara PSR B1620-26. Oba obiekty okrąża dodatkowo wielka planeta.

Nowe odkrycia zamykają dekadę spekulacji o naturze starej planety. Jej masa wynosi około 2,5 masy Jowisza a okres obiegu 100 lat. Jej istnienie jest dowodem na to, że planety uformowały się gwałtownie, w ciągu miliarda lat po Wielkim Wybuchu i prowadzi do wniosku, że planety mogą występować bardzo często we Wszechświecie.

Wielka planeta znajduje się w jądrze starej gromady kulistej M4, znajduje się w odległości 7200 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Skorpiona. Gromady kuliste nie zawierają wiele ciężkich pierwiastków, ponieważ powstały na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata, tak że cięższe pierwiastki nie zdążyły jeszcze powstać podczas procesów nuklearnych zachodzących w gwiazdach. Niektórzy astronomowie uważali, że gromadach kulistych nie mogą istnieć planety (potwierdzeniem tego miało być nieudane poszukiwanie “gorących Jowiszy” w 1999 roku przez Teleskop Hubble’a w gromadzie 47 Tukan). Teraz wydaje się, że naukowcy mogli szukać w złym miejscu, a gazowe giganty znajdujące się w dużej odległości od gwiazdy macierzystej mogą często występować w gromadach kulistych.

Nasze pomiary wykonane za pomocą Teleskopu Hubble’a pokazały, że powstawanie planet jest zjawiskiem bardzo efektywnym, podczas którego wykorzystana jest każda najmniejsza ilość ciężkich pierwiastków” – mówi jeden z autorów pracy, Steinn Sigurdsson. – “To oznacza, że formowanie planet zaczęło się na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata“.

To bardzo zachęcające, że planety występują pospolicie w gromadach kulistych” – mówi inny współpracownik Harvey Richer. Ten wniosek opiera na fakcie, że planeta została odkryta w tak nieprawdopodobnym miejscu, okrążając dwie gwiazdy (helowego białego karła i szybko rotującą gwiazdę neutronową), w pobliży zatłoczonego jądra gromady, gdzie jak się wydaje, delikatne układy planetarne powinny zostać rozerwane poprzez oddziaływanie grawitacyjne z sąsiednimi gwiazdami.

Historia planety rozpoczęła się w 1988 roku, kiedy w M4 odkryto pulsar PSR B1620-26. Rotuje on w tempie 100 razy na sekundę i wysyła promieniowanie radiowe obserwowane na Ziemi. Wkrótce odkryto białego karła, którego zdradził jego wpływ na regularny jak zegarek pulsar. Obie gwiazdy okrążają się w ciągu 2 lat. Następnie naukowcy wykryli dalsze nieregularności w pulsowaniu gwiazdy i stwierdzili, że obie gwiazdy musi obiegać jeszcze trzeci obiekt. Podejrzewano, że jest to planeta, ale mógł to być również brązowy karzeł lub mało masywna gwiazda. Natura obiekty pozostawała niewiadomą przez lata dziewięćdziesiąte.

Problem został rozwiązany w wyniku prawdziwie detektywistycznej pracy. Naukowcy przeanalizowali dostarczone przez Hubble’a dane z połowy lat dziewięćdziesiątych, które uzyskano podczas badania białych karłów w M4. udało im się określić kolor i temperaturę białego karła okrążającego pulsar. Wykorzystując opracowany przez Hansena modele ewolucyjne, wyliczyli masę i wiek białego karła. Uzyskane informacje zostały zestawione z nieregularnościami sygnału pulsara. Wyliczono orbitę białego karła, a dalsze obserwacje zakłóceń pozwoliły następnie określić również orbitę planety. Teraz z kolei można było określić jej masę, która okazała się niewielka, tym samym wykluczając możliwość, że jest to brązowy karzeł lub gwiazda.

Schemat przedstawia historię planety odkrytej w gromadzie kulistej M4. Jest to pierwsza planeta odkryta w gromadzie kulistaj, a dodatkowo najstarsza i najodleglejsza z odkrytych. Inną cechą szczególną planety jest fakt, że powstała wokół ubogiej w metale gwiazdy oraz że znajduje się w układzie podwójnym gwiazd.

Żywot planety podczas ostatnich 13 miliardów lat był ciężki. Początkowo okrążała ona młodą żółtą gwiazdę w odległości zbliżonej do odległości Jowisza do Słońca. Przetrwała bombardowanie promieniowaniem ultrafioletowym, promieniowanie supernowej i fale uderzeniowe, które musiały rozgrywać się w młodej gromadzie kulistej w okresie jej szumnej młodości. A mniej więcej w okresie gdy na Ziemi powstawało wielokomórkowe życie, znalazła się w jądrze M4.

W tym pełnym gwiazd obszarze gwiazda i towarzyszące jej planeta natknęły się na stary pulsar, który powstał w wyniku eksplozji supernowej w okresie młodości gromady. Pulsar miał własnego gwiezdnego towarzysza, który podczas powolnego grawitacyjnego tańca, gdy gwiazda i pulsar były przechwytywane przez pulsar, został wystrzelony w przestrzeń. Pozostała trójka powoli przemieściła się w mniej gęsty rejon gromady. W końcu gwiazda zestarzała się, wyewoluowała w czerwonego olbrzyma, który oddawał materię na pulsara, powodując przyspieszenie jego rotacji. Planeta “przyglądała” się temu procesowi z oddali, okrążając gwiazdy w odległości zbliżonej do odległości Urana od Słońca.

Prawdopodobnie planeta jest gazowym olbrzymem, który nie posiada twardej skorupy jak Ziemia. Ponieważ uformowała się tak wcześnie, najprawdopodobniej nie zawiera wielkich ilości węgla czy tlenu. Nie czyni jej to odpowiednim kandydatem na poszukiwanie śladów życia. Nawet gdyby życie powstało na księżycu planety, nie jest możliwe by przetrwało intensywne promieniowanie rentgenowskie, które emitował układ podczas przyspieszania pulsara.

Autor

Anna Marszałek