Vesmírna tragédia v priamom prenose: Astronómovia sledujú dramatickú smrť obrovskej planéty

Astronómovia pozorujú dramatický koniec obrovskej planéty vzdialenej 870 svetelných rokov od Zeme. Exoplanéta TOI-2109b je päťkrát ťažšia ako Jupiter, no obehne svoju hviezdu iba za 16 hodín. Pre porovnanie – Merkúr je takmer 6000-krát ľahší ako Jupiter, ale potrebuje 88 dní na obeh okolo Slnka.

Jaime Alvarado-Montes z Macquarie University v Sydney, hlavný autor štúdie publikovanej v The Astrophysical Journal, vysvetľuje situáciu jednoducho: „Keď obrovský plynný obor dokáže obehnúť hviezdu za 16 hodín, vieme, že sa nachádza extrémne blízko k nej.“

Planéta patrí do kategórie ultra-horúcich Jupiterov s veľmi krátkou obežnou dobou. Takéto svety sú zriedkavé – vyskytujú sa len pri 0,5 % hviezd. TOI-2109b však predstavuje ideálny objekt na štúdium, pretože jej obežná dráha sa postupne zmenšuje.

Informuje o tom web Universe Today aj štúdia uverejnená v The Astrophysical Journal.

Špirála smrti zachytená v dátach

Výskumníci analyzovali 14 rokov pozorovaní z vesmírnych teleskopov TESS a Cheops spolu s pozemskými dátami z celosvetovej siete teleskopov Las Cumbres Observatory. Merania presného času preletov planéty pred hviezdou odhalili jemnú, ale nepopierateľnú zmenu.

Obežná doba TOI-2109b sa skracuje. Za nasledujúce tri roky sa zmenší aspoň o 10 sekúnd. Môže sa zdať ako zanedbateľná hodnota, no v astronomických meradlách ide o dramatickú zmenu. Planéta vstúpila do poslednej fázy svojej existencie.

Príčinou je gravitačné ťahanie medzi planétou a hviezdou. Planéta obiehajúca rýchlejšie, ako sa otáča hviezda, vyvoláva na povrchu hviezdy zvlnenia – podobne ako Mesiac spôsobuje prílivy a odlivy na Zemi. Keďže planéta „predbieha“ tieto zvlnenia, ťahá ich za sebou dopredu.

Tento proces funguje ako brzda. Energia z obežnej dráhy planéty sa prenáša na hviezdu, ktorá sa začne otáčať rýchlejšie. Planéta zároveň stráca energiu a klesá stále bližšie k hviezde.

Tri možné konce tragického príbehu

Osudu TOI-2109b sa už nedá uniknúť. Vedci identifikovali tri možné scenáre jej konca, pričom ani jeden nie je pre planétu priaznivý.

Prvá možnosť spočíva v prekročení Rocheovej hranice. V tomto bode gravitačná sila hviezdy prevýši vlastnú gravitáciu planéty a rozdrví ju na kusy. Materiál sa rozptýli do priestoru alebo padne na hviezdu.

Druhý scenár predpokladá priamy náraz planéty do hviezdy. Masívny svet skončí v ohnivom objatí svojej hviezdy, ktorá ho pohltí celý.

Tretí scenár je pre vedu najzaujímavejší. Intenzívne žiarenie a slapové sily môžu postupne odstrániť planéte jej rozsiahlu atmosféru. Zostane len skalnaté jadro – malý, hustý svet úplne odlišný od pôvodného plynného obra.

Kľúč k tajomstvu skalnatých exoplanét

Posledný scenár by mohol objasniť záhadu, ktorá trápi astronómov. Vedci totiž objavili množstvo malých skalnatých planét obiehajúcich veľmi blízko k svojim hviezdam. Ich pôvod zostáva nejasný.

„Táto planéta a jej zaujímavá situácia nám môže pomôcť pochopiť záhadné astronomické javy, pre ktoré zatiaľ nemáme dostatok dôkazov,“ hovorí Alvarado-Montes. „Môže nám prezradiť príbeh mnohých ďalších planetárnych systémov.“

Hypotéza znie presvedčivo: niektoré skalnaté exoplanéty môžu byť pozostatkami obrovských plynných obrov, ktoré sa kedysi dostali príliš blízko k svojej hviezde. Stratili atmosféru a zostali len ich pevné jadrá.

TOI-2109b predstavuje jedinečnú príležitosť pozorovať tento proces v reálnom čase. Zo 12 známych hviezd s planétami typu Jupiter na veľmi krátkom obehu má TOI-2109 najrýchlejší obežný rytmus a najväčšiu hmotnosť. Tieto vlastnosti robia z nej ideálny objekt na štúdium rozpadajúcej sa dráhy.

Výzvy pre budúce pozorovania

Štúdium TOI-2109b však prináša aj komplikácie. Jednou z nich je vzácny proces nazývaný oddeľovanie jadra a obalu hviezdy. V tomto prípade sa jadro a vonkajšie vrstvy hviezdy otáčajú rôznou rýchlosťou namiesto rovnomerne ako pevné teleso.

Takéto správanie môže nastať, keď materiál z planéty padá na hviezdu. Proces by mohol ovplyvniť pozorovateľné prejavy rozpadajúcej sa dráhy a sťažiť interpretáciu údajov.

Ďalším problémom je neistota týkajúca sa účinnosti tohto gravitačného pôsobenia. TOI-2109 je hviezda typu F a tieto procesy v nej nemusia byť dostatočne silné na výrazné urýchlenie rozpadu dráhy. Kľúčovú úlohu zohráva vek hviezdy, ktorý však nie je presne známy.

Výskumníci preskúmali dva scenáre – s mladou a starou hostiteľskou hviezdou. Zistili, že stará hviezda by vyvolala veľmi rýchly rozpad dráhy. Pri mladej hviezde by bola planéta výrazne stabilnejšia.

Pokračovanie astronomického detektívneho príbehu

Vedci plánujú pokračovať v pozorovaní systému TOI-2109 počas nasledujúcich rokov. Budú sledovať, ako sa planéta točí po klesajúcej dráhe, a učiť sa z tohto tragického scenára.

Hoci sú takéto planéty veľmi zriedkavé, môžu priniesť dôležité poznatky o formovaní a vývoji planetárnych systémov. „Planéty typu Jupiter s veľmi krátkou obežnou dobou predstavujú možno najextrémnejšie planetárne systémy, a preto poznatky z ich štúdia budú mať pravdepodobne ďalekosiahle dôsledky,“ píšu autori štúdie.

Budúce fotometrické a spektroskopické údaje budú nevyhnutné na lepšie pochopenie tohto scenára. Každé nové pozorovanie nás priblíži k odpovedi na otázku, či sú niektoré skalnaté exoplanéty skutočne pozostatkami obrovských plynných svetov, ktoré sa dostali príliš blízko k svojim hviezdam.

Čítaj viac z kategórie: Zaujímavosti