Podivná zdeformovaná planéta

  • Marcel Škreka | 7 Marec 2022
    Exoplanéty
Umelcova predstava planéty WASP-103b a jej materskej hviezdy. Kredit: ESA
Misia agentúry ESA Cheops odhalila, že exoplanéta obiehajúca tesne okolo svojej hostiteľskej hviezdy má zdeformovaný tvar podobný ragbyovej lopte. Je to prvýkrát, čo sa podarilo zmerať deformáciu exoplanéty. Tieto poznatky nám poskytnú iný pohľad na vnútornú štruktúru tejto a podobných planét.

Planéta známa ako WASP-103b sa nachádza v súhvezdí Herkules. Deformovaná je silnými slapovými silami medzi planétou a jej hostiteľskou hviezdou WASP-103, ktorá je asi o 200 K (°C) teplejšia a 1,7-krát väčšia ako Slnko.

Príliv a odliv v oceánoch Zeme spôsobuje hlavne Mesiac obiehajúci okolo našej planéty. Slnko má na príliv a odliv menší, ale tiež významný vplyv. Na to, aby spôsobovalo veľké deformácie našej planéty, je však príliš ďaleko. To isté sa nedá povedať o WASP-103b, planéte takmer dvakrát väčšej a 1,5-krát hmotnejšej ako Jupiter, ktorá obehne svoju hostiteľskú hviezdu za menej ako jeden deň. Astronómovia mali podozrenie, že takáto blízkosť spôsobuje obrovské prílivy, ale doteraz ich neboli schopní zmerať.

Pomocou nových údajov z vesmírneho ďalekohľadu Cheops v kombinácii s údajmi, ktoré už získali Hubbleov a Spitzerov vesmírny ďalekohľad, astronómovia teraz dokázali zistiť, ako slapové sily deformujú exoplanétu WASP-103b z gule do tvaru rugbyovej lopty.

Cheops pozoruje tranzity exoplanét – poklesy svetla spôsobené prechodom planét popred svoje materské hviezdy. Štúdium tvaru svetelnej krivky zvyčajne odhalí podrobnosti o planéte, napríklad jej veľkosť. Vysoká presnosť pozorovaní umožnila astronómom detegovať nepatrný signál slapovej deformácie WASP-103b. Tento poznatok možno pomôže odhaliť o planéte ďalšie podrobnosti.

"Je neuveriteľné, že Cheops skutočne dokázal odhaliť túto malú deformáciu," hovorí Jacques Laskar z parížskeho observatória, Université Paris Sciences et Lettres a spoluautor výskumu. "Toto je prvýkrát, čo bola takáto analýza vykonaná a dúfame, že pozorovanie počas dlhšieho časového intervalu povedie k lepšiemu poznaniu vnútornej štruktúry planéty."

Tím použil svetelnú krivku tranzitu WASP-103b na odvodenie parametra zvaného Loveho číslo, ktoré opisuje rozloženie hmoty v rámci planéty. Tento parameter nám pomôže odhaliť viac podrobností o vnútornej štruktúre planéty.

„Odolnosť materiálu voči deformácii závisí od jeho zloženia,“ vysvetľuje Susana Barros z Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço a Univerzity v Porte v Portugalsku a vedúca autorka výskumu. „Napríklad tu na Zemi máme prílivy spôsobené Mesiacom a Slnkom, ale môžeme ich vidieť iba v oceánoch. Pevný povrch sa až tak nehýbe. Meraním toho, do akej miery je planéta zdeformovaná, môžeme povedať, akú jej časť tvoria kamene, plyn alebo voda.“

Loveho číslo pre WASP-103b je podobné ako u Jupitera, čo predbežne naznačuje, že ich vnútorná štruktúra je podobná napriek tomu, že WASP-103b má dvojnásobný polomer.

„V zásade by sme očakávali, že planéta s 1,5-násobkom hmotnosti Jupitera bude mať zhruba rovnakú veľkosť, takže WASP-103b musí byť veľmi nafúknutá kvôli zahrievaniu hviezdou a možno aj inými mechanizmami,“ hovorí Susana.

„Ak dokážeme budúcimi pozorovaniami potvrdiť podrobnosti o vnútornej štruktúre WASP-103b, mohli by sme lepšie pochopiť, prečo je taká nafúknutá. Poznanie veľkosti jadra tejto exoplanéty bude tiež dôležité pre lepšie pochopenie jej vzniku.“

Keďže neistota v Loveho čísle je stále dosť vysoká, budú potrebné ďalšie pozorovania ďalekohľadom Cheops aj vesmírnym ďalekohľadom Jamesa Webba (Webb). Extrémne vysoká presnosť Webba zlepší merania slapovej deformácie exoplanét, čo umožní lepšie porovnanie medzi týmito takzvanými „horúcimi Jupitermi“ a obrími planétami v slnečnej sústave.

WASP-103b obklopuje aj ďalšia záhada. Slapové interakcie medzi hviezdou a veľmi blízkou planétou veľkosti Jupitera zvyčajne spôsobujú skrátenie obežnej doby planéty, teda jej postupné približovanie a následné pohltenie hviezdou. Z nameraných údajov o WASP-103b vychádza, že obežná doba by mohla naopak narastať. To by naznačovalo, že dominantným faktorom ovplyvňujúcim túto planétu je niečo iné ako slapové sily.

Susana a jej kolegovia sa pozreli na ďalšie potenciálne scenáre, ako je napríklad sprievodná hviezda ovplyvňujúca dynamiku systému alebo mierne elipsovitý tvar obežnej dráhy planéty. Tieto scenáre nedokázali potvrdiť, ale ani vylúčiť. Je tiež možné, že obežná doba sa v skutočnosti skôr zmenšuje ako zväčšuje, ale túto záhadu pomôžu objasniť len ďalšie pozorovania prechodov WASP-103b pomocou ďalekohľadu Cheops a iných ďalekohľadov.

„Veľkosť vplyvu slapovej deformácie na svetelnú krivku tranzitu exoplanéty je veľmi malá, ale vďaka veľmi vysokej presnosti ďalekohľadu Cheops sme ju mohli vidieť prvýkrát,“ hovorí Kate Isaak, vedúca projektu ESA pre Cheops. "Táto štúdia je vynikajúcim príkladom toho, aké veľmi rozdielne problémy sú vedci schopní riešiť s Cheopsom, čo len potvrdzuje jeho dôležitosť."