TOI-2535 b przestała przesłaniać swoją gwiazdę
Astronomowie z University of California w Los Angeles (UCLA) opisali pierwszy znany przypadek planety, która zniknęła z obserwacji w wyniku zmian nachylenia swojej orbity. Obiekt TOI-2535 b znajduje się w odległości około tysiąca lat świetlnych od Ziemi i zalicza się do gorących Jowiszów, czyli gazowych olbrzymów obiegających swoje gwiazdy z niewielkiej odległości. Jeden obieg wokół gwiazdy macierzystej trwa zaledwie 8,25 dnia. Dla porównania Merkury pokonuje swoją orbitę w ciągu 88 dni, a więc potrzebuje na to ponad dziesięć razy więcej czasu. Wyniki badania ukazały się na łamach czasopisma „Astrophysical Journal Letters”.
Przez siedem lat badacze rejestrowali kolejne przejścia TOI-2535 b przed tarczą jej gwiazdy. Z czasem zjawisko przestało być widoczne z Ziemi. Nie oznaczało to jednak, że planeta zniknęła z układu. Według astronomów jej orbita zmieniła nachylenie pod wpływem grawitacji innego obiektu, przez co przestała przesłaniać gwiazdę z perspektywy ziemskiego obserwatora.
Obserwacje układu gwiezdnego TOI-2535 prowadzono od kwietnia 2019 do marca 2026 roku za pomocą należącego do NASA satelity Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Instrument ten wyszukuje planety pozasłoneczne, rejestrując drobne wahania jasności gwiazd. Takie zmiany pojawiają się, gdy planeta przesuwa się na tle swojej gwiazdy i blokuje część emitowanego przez nią światła. Zjawisko to określa się mianem tranzytu. Można je zaobserwować tylko przy odpowiednim wzajemnym położeniu gwiazdy, planety i obserwatora.
Dzięki wielokrotnym obserwacjom tego samego fragmentu nieba astronomowie dostrzegli, że tranzyty TOI-2535 b odbiegały od przewidywanego harmonogramu. W przypadku większości znanych egzoplanet przejścia przed tarczą gwiazdy następują w regularnych odstępach. Tutaj zdarzały się nawet sześć godzin wcześniej lub później, niż wskazywały obliczenia. Ponadto z upływem czasu stawały się coraz krótsze i trudniejsze do zarejestrowania. W 2026 roku nie można było już ich zaobserwować.
Inna planeta zmienia przebieg orbity gazowego olbrzyma
Zebrane dane sugerują, że na TOI-2535 b wpływa grawitacyjnie drugi obiekt planetarny. Jego orbita jest nachylona w stosunku do toru ruchu gazowego olbrzyma. Wzajemne przyciąganie powoduje stopniowe modyfikacje nachylenia orbit obu planet. W efekcie TOI-2535 b przestała przechodzić na tle swojej gwiazdy w sposób widoczny z Ziemi, a jej tranzyty zniknęły z rejestrowanych sygnałów.
Obserwacje pokazują, że ruch planet w układach gwiezdnych może być znacznie bardziej złożony, niż sugerowałoby ich regularne krążenie wokół gwiazd. Kilka obiektów znajdujących się w jednym układzie może wzajemnie zaburzać swoje orbity. Astronomowie natrafili już na inne układy, w których występują podobne zależności. W przypadku TOI-2535 wpływ jednej planety na drugą jest jednak wyjątkowo wyraźny. Zmiany nachylenia orbity gazowego olbrzyma nastąpiły na tyle szybko, że astronomowie mogli śledzić zanik jego tranzytów w trakcie własnych obserwacji.
Na kolejne tranzyty trzeba będzie poczekać kilkadziesiąt lat
Według obliczeń następne przejście TOI-2535 b przed tarczą gwiazdy będzie można zaobserwować dopiero za 30–50 lat. Jej dotychczas niewidoczny sąsiad może natomiast ujawnić się wcześniej. Podobne zależności dotyczą zaćmień Słońca i Księżyca obserwowanych z Ziemi.
Gdyby płaszczyzna orbity Księżyca wokół Ziemi pokrywała się z płaszczyzną orbity naszej planety wokół Słońca, zaćmienia następowałyby każdego miesiąca. Nachylenie orbity Srebrnego Globu sprawia jednak, że do takich wydarzeń dochodzi znacznie rzadziej. Jest ono pozostałością burzliwych początków naturalnego satelity Ziemi, którego powstanie wiąże się ze zderzeniem z wczesną Ziemią.
Co przypadek TOI-2535 b mówi o pochodzeniu gorących Jowiszów?
Analiza układu pozwoliła również lepiej scharakteryzować TOI-2535 b i rozważyć możliwą historię jej powstania. Na podstawie zarejestrowanych tranzytów oraz dokładnych pomiarów przeprowadzonych przy użyciu teleskopu WIYN naukowcy ustalili, że jest to bardzo gorący gazowy olbrzym o rozmiarach zbliżonych do Jowisza.
Astronomowie odkryli już setki planet tego rodzaju. Krążą one bardzo blisko swoich gwiazd, ale zazwyczaj nie towarzyszą im masywne obiekty znajdujące się na tyle blisko, by wyraźnie modyfikować ich orbity.
Pojawienie się pierwszych odkryć gorących Jowiszów stanowiło wyzwanie dla dotychczasowych modeli formowania się planet. Zakładano w nich, że powstanie takich obiektów wymaga dużych zasobów lodu. Obecnie naukowcy biorą pod uwagę dwa sposoby, w jakie gazowe olbrzymy mogły przemieścić się z dalszych części układu w pobliże gwiazdy macierzystej.
Według pierwszego wariantu migracja przebiega gwałtownie. Bliskie spotkanie z innym ciałem niebieskim może skierować planetę na mocno wydłużoną orbitę eliptyczną. Później oddziaływanie grawitacyjne gwiazdy stopniowo zmniejsza odległość dzielącą ją od planety.
Druga możliwość zakłada powolne przemieszczanie się planety w kierunku gwiazdy wraz z pozostałymi obiektami obecnymi w dysku protoplanetarnym. Taki sposób migracji powinien jednak sprzyjać powstawaniu płaskiego układu, w którym orbity wszystkich planet leżą w jednej płaszczyźnie.
Zachowanie TOI-2535 b wskazuje natomiast na możliwość wzajemnego oddziaływania planet, które z czasem prowadzi do zmian nachylenia ich torów orbitalnych. Podobne zjawisko mogło wpłynąć na nachylenie orbity Księżyca w następstwie gwałtownego procesu związanego z jego narodzinami.
Astronomowie sądzą, że bliski sąsiad TOI-2535 b może świadczyć o stopniowym przemieszczaniu się gazowego olbrzyma ku gwieździe macierzystej po spiralnym torze. Oznaczałoby to inny przebieg migracji niż w scenariuszu zakładającym gwałtowne skierowanie planety w stronę gwiazdy. Zdaniem badaczy wyniki obserwacji mogą wskazywać na mniej powszechny, ale interesujący sposób powstawania gorących Jowiszów.
Mariusz Drzewiecki
