Μια πρόσφατη ανακάλυψη τεράστιου (με μεγάλη μάζα) εξωπλανήτη θέτει σε αμφισβήτηση τις θεωρίες σχηματισμού πλανητικών συστημάτων. Ο πλανήτης, με μάζα περίπου εκείνη του Ποσειδώνα και περισσότερο από 13 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της Γης, εντοπίστηκε σε τροχιά γύρω από έναν εξαιρετικά ψυχρό νάνο αστέρα φασματικού τύπου M, που ονομάζεται LHS 3154 και έχει εννέα φορές μικρότερη μάζα από τη μάζα του Ήλιου. Ένας νάνος αστέρας τύπου M είναι ο μικρότερος και πιο ψυχρός τύπος αστέρων. Ο εξωπλανήτης – που ονομάζεται LHS 3154 b – περιφέρεται κοντά γύρω από τον αστέρα, ολοκληρώνοντας μια περιφορά κάθε 3,7 γήινες ημέρες, καθιστώντας τον τον πιο ογκώδη γνωστό πλανήτη σε μια στενή τροχιά γύρω από ένα από τα πιο κρύα, χαμηλής μάζας αστέρια στο Σύμπαν, σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε εντελώς πρόσφατα στο περιοδικό Science. Ανατρέπει το πώς οι επιστήμονες κατανοούν τον σχηματισμό των πλανητικών συστημάτων. «Αυτή η ανακάλυψη μας οδηγεί πραγματικά στο να κατανοήσουμε του πόσο λίγα γνωρίζουμε για το Σύμπαν», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Suvrath Mahadevan, Verne M. Willaman καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Penn State, σε μια δήλωση. «Δεν περιμέναμε να υπάρχει ένας πλανήτης τόσο βαρύς γύρω από έναν αστέρα τόσο χαμηλής μάζας».
Οι αστέρες σχηματίζονται από μεγάλα σύννεφα αερίου και σκόνης και το υλικό που απομένει δημιουργεί έναν δίσκο γύρω από τον αστέρα, όπου αργότερα γεννιούνται πλανήτες. Η ποσότητα του υλικού που υπάρχει μέσα στους δίσκους γύρω από τους αστέρες καθορίζει πόσο μεγάλοι μπορούν να είναι οι πλανήτες που σχηματίζονται γύρω τους. Και το υλικό του δίσκου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη μάζα του αστέρα. Για παράδειγμα, οι μικροί νάνοι αστέρες τύπου Μ είναι οι πιο κοινοί σε όλο τον Γαλαξία και συνήθως έχουν μικρούς, βραχώδεις πλανήτες που περιφέρονται γύρω τους, αντί γιγάντιους πλανήτες αερίου. «Ο δίσκος που σχηματίζει πλανήτες γύρω από το άστρο χαμηλής μάζας LHS 3154 δεν αναμένεται να έχει αρκετή στερεά μάζα για να δημιουργήσει αυτόν τον πλανήτη», είπε ο Mahadevan. «Αλλά είναι εκεί έξω, οπότε τώρα πρέπει να επανεξετάσουμε την κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες και οι αστέρες».
Η κατοικήσιμη ζώνη
Ο εξωπλανήτης LHS 3154 b περιφέρεται γύρω από τον μητρικό του αστέρα σε απόσταση περίπου 51 έτη φωτός μακριά από τον Ήλιο και ανακαλύφθηκε χρησιμοποιώντας το Habitable Zone Planet Finder, ή HPF, που είναι εγκατεστημένο στο τηλεσκόπιο Hobby-Eberly στο Αστεροσκοπείο McDonald στο Τέξας. Μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Mahadevan κατασκεύασε το HPF, το οποίο σχεδιάστηκε για να ανιχνεύει πλανήτες σε τροχιά εντός της κατοικήσιμης ζώνης μικρών, ψυχρών αστέρων. Η κατοικήσιμη ζώνη είναι ακριβώς η σωστή απόσταση από έναν αστέρα όπου ένας πλανήτης είναι αρκετά ζεστός για να υποστηρίξει υγρό νερό στην επιφάνειά του και ενδεχομένως να υποστηρίξει τη ζωή.
Η χαμηλότερη επιφανειακή θερμοκρασία των μικρών αστέρων σημαίνει ότι οι πλανήτες μπορούν να περιφέρονται πολύ πιο κοντά τους και να διατηρούν ακόμα εύθραυστα στοιχεία, όπως το νερό, στην επιφάνειά τους. Και καθώς οι πλανήτες περιφέρονται κοντά γύρω από τους αστέρες τους, η βαρυτική έλξη μεταξύ των δύο σωμάτων δημιουργεί μια αξιοσημείωτη ταλάντευση του αστέρα που το HPF μπορεί να ανιχνεύσει στο υπέρυθρο φως. «Σκεφτείτε το σαν ο αστέρας να είναι μια φωτιά. Όσο πιο πολύ κρυώνει η φωτιά, τόσο πιο κοντά θα πρέπει να πλησιάσετε σε αυτή τη φωτιά για να παραμείνετε ζεστοί», είπε ο Mahadevan. «Το ίδιο ισχύει και για τους πλανήτες. Εάν ο αστέρας είναι πιο κρύος, τότε ένας πλανήτης θα χρειαστεί να είναι πιο κοντά σε αυτόν τον αστέρα, εάν πρόκειται να είναι αρκετά ζεστός, ώστε να περιέχει υγρό νερό. Εάν ένας πλανήτης έχει μια αρκετά κοντινή τροχιά στον υπερ-ψυχρό αστέρα του, μπορούμε να τον ανιχνεύσουμε βλέποντας μια πολύ ανεπαίσθητη αλλαγή στο χρώμα των φασμάτων ή του φωτός του άστρου καθώς έλκεται από έναν πλανήτη σε τροχιά».
Ένα πλανητικό παζλ
Με βάση τη μοντελοποίηση και την ανάλυση, η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι ο πλανήτης έχει έναν βαρύ πυρήνα που θα απαιτούσε περισσότερο στερεό υλικό να υπήρχε στον δίσκο σχηματισμού πλανητών από ό,τι πιθανότατα υπήρχε γύρω από τον αστέρα, σύμφωνα με τη συν-συγγραφέα της μελέτης Μέγκαν Ντέλαμερ, μεταπτυχιακή φοιτήτρια αστρονομίας. στο Penn State. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η ποσότητα της σκόνης στο δίσκο θα πρέπει να ήταν τουλάχιστον 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή που βρίσκεται συνήθως σε δίσκους γύρω από αστέρες χαμηλής μάζας. «Οι τρέχουσες θεωρίες μας για το σχηματισμό πλανητών δυσκολεύονται να καταλάβουν αυτό που βλέπουμε», δήλωσε η Delamer σε μια δήλωση. «Με βάση την τρέχουσα έρευνα με το HPF και άλλα όργανα, ένα αντικείμενο σαν αυτό που ανακαλύψαμε είναι πιθανότατα εξαιρετικά σπάνιο, επομένως η ανίχνευσή του ήταν πραγματικά συναρπαστική».
Έχουν βρεθεί μερικοί τεράστιοι πλανήτες σε τροχιά γύρω από αστέρες χαμηλής μάζας, όπως ο πλανήτης GJ 3512 b που ανακαλύφθηκε το 2019, αλλά οι περίοδοι τροχιάς τους είναι πολύ μεγαλύτερες και οι πλανήτες δεν περιφέρονται τόσο κοντά γύρω από τους αστέρες τους. «Αυτό που ανακαλύψαμε παρέχει μια ακραία δοκιμαστική περίπτωση για όλες τις υπάρχουσες θεωρίες σχηματισμού πλανητών», είπε ο Mahadevan. «Αυτό ακριβώς κατασκευάσαμε στο HPF, για να ανακαλύψουμε πώς σχηματίζουν πλανήτες οι πιο κοινοί αστέρες στον γαλαξία μας — και να βρούμε αυτούς τους πλανήτες».
