LHS 1903e – čisto pravi narobesvet

Zgodba iz vesolja

Nazaj

Umetniška upodobitev planetarnega sistema LHS 1903. Vir: Wikipedia.

LHS 1903, na prvi pogled popolnoma običajna zvezda, je pred kratkim povzročila vihar med astronomi. Ti so namreč v njeni okolici odkrili že četrti planet, ki pa, za razliko od ostalih treh, kljubuje ustaljenim teorijam o nastanku in razvoju planetarnih sistemov. Pa poglejmo, kaj je “zagrešil” ta novoodkriti svet.

LHS 1903e spada med superzemlje, torej telesa, ki jih, podobno kot Zemljo, večinoma sestavljajo kamnine, hkrati pa so od nje nekoliko večji. Drugi ter tretji planet, LHS 1903c in d, imata gosti plinski ovojnici. Tako sta podobna orjakom v našem Osončju, ker pa sta od njih manjša, ju uvrščamo med tako imenovane podneptune. Zvezdi najbližji planet, LHS 1903b, je spet superzemlja. Zagato za astronome predstavlja obstoj superzemlje na razdalji, ki je večja od oddaljenosti podneptunov.

Da bi razumeli težavo, si moramo na hitro ogledati kaj o nastanku planetarnih sistemov pravijo sodobne teorije. Zgodba se začne globoko v notranjosti ogromnih medzvezdnih oblakov. Deli oblakov se v danem trenutku lahko sesedejo sami vase, kar vodi do nastanka protozvezd.

Ta mlada telesa obdajata plin ter prah, ki se zgostita v tako imenovani protoplanetarni disk. Ravno prah, ki vsebuje težje elemente, kot sta ogljik in železo, je poglavitnega pomena za tvorbo planetov. Prašni delci, ki so v tej fazi lahko manjši od debeline človeškega lasu, med sabo nenehno trkajo. Sčasoma se zlepijo v drobne kamenčke, ti pa v vedno večje skale. Ko postanejo večje od enega kilometra, jim pravimo planetezimali, telesa s premerom med 100 do 1000 kilometri pa imenujemo protoplaneti. Iz njih nastanejo planeti, katerih rast se ustavi, ko iz svoje okolice popolnoma odstranijo preostala manjša telesa. Končni izgled planetov pa v veliki meri  kroji ravno zvezda okoli katere krožijo.

Umetniška upodobitev protoplanetarnega diska LHS 1903. Vir: ESA.

Plin v protoplanetarnem disku je namreč v bližini nastajajoče zvezde zelo vroč, njegova temperatura pa z oddaljenostjo hitro pada. Gravitacijski privlak zvezdi bližnjih planetov je prešibek, da bi jim uspelo zadržati velike količine plina. Ta sčasoma bodisi pade na zvezdo, bodisi ga njeno sevanje ter zvezdni vetrovi odpihnejo stran od nje.

Obstaja pa kritična razdalja, imenovana snežna meja, na kateri nekatere spojine, kot so na primer voda, metan in amonijak, preidejo iz plinskega v trdno agregatsko stanje in tvorijo tako imenovana ledena zrna. Ta nato pomembno prispevajo k hitri rasti protoplanetov. Večja masa ter nižje temperature plina v disku omogočata, da se ti protoplaneti lahko obdajo z gostimi plinskimi ovojnicami.

Snežna meja zavisi od tipa zvezde in se s časom spreminja. V obdobju tvorbe planetezimalov v Osončju se je nahajala na razdalji približno 2,7 astronomskih enot od Sonca, torej znotraj današnjega asteroidnega pasu med Marsom in Jupitrom. Do tega sklepa so astronomi prišli na podlagi dejstva, da so asteroidi, ki se nahajajo na večjih razdaljah, bogati z ledom, medtem ko slednjega na Soncu bližnjih asteroidih praktični ni.

Teorije o nastanku planetarnih sistemov tako predvidevajo, da bomo blizu zvezd našli kamnite planete, na večji razdaljah pa plinaste orjake. Najbolj očiten primer je naše Osončje, saj so prvi štirje planeti v njem, torej Merkur, Venera Zemlja ter Mars, kamniti svetovi, medtem ko so Jupiter, Saturn, Uran in Neptun plinasta telesa. Astronomi so v preteklosti že naleteli na zunajosončne svetove, ki na prvi pogled ne ubogajo obstoječih teorij. En tak primer so vroči Jupitri, ki so po sestavi podobni največjemu planetu Osončja, vendar so njihovi obhodni časi zelo kratki, tipično manj kot deset dni, kar pomeni, da se nahajajo zelo blizu svojih zvezd. Znanstveniki so obstoj teh teles razložili s planetarno migracijo. Vroči Jupitri naj bi nastali za snežno mejo, vendar se je polmer njihov tirnic s časom zmanjšal.

Slika prikazuje Sonce in planete ter njihove lune, pri čemer so ohranjena razmerja velikosti nebesnih teles, ne pa tudi razdalje. Vir: Wikipedia.

Podatki pridobljeni z Vesoljskim teleskopom Kepler med leti 2009 in 2018, so pripeljali še do enega zanimivega odkritja. Ko so znanstveniki analizirali velikost teh teles, so ugotovili skoraj popolno odsotnost planetov s premeri, ki so 1,5 do 2 krat večji od Zemljinega. Temu danes pravimo Fultonova vzrel ali tudi podneptunska puščava in predstavlja nekakšen prag, ki zunajosončne planete deli na manjše kamnite svetove ter plinasta telesa. Teorije predvidevajo obstoj Fultonove vrzeli za Soncu podobne zvezde, vendar si niso edine glede njenih lastnosti ali celo obstoja v primeru rdečih pritlikavk, kot je LHS 1903.

Nekatere matematične simulacije v primeru LHS 1903 predvidevajo obstoj Fultonove vrzeli, pri čemer naj tam ne bi obstajali planeti s polmerom, ki je med 1,65 in 1,83 krat večji od Zemljinega.  Po drugi strani, ocene za polmere planetov b, c, d in e v sistemu LHS 1903 znašajo 1,4, 2, 2,5 ter 1,7 Zemljinih polmerov. Velikost novoodkritega planeta torej sovpada s predvideno Fultonovo vrzeljo. In ravno to je drugo dejstvo, ki je astronomom pobelilo lase. Kaj se je torej zgodilo v tem enigmatičnem planetarnem sistemu?

Znanstveniki so predstavili več predlogov. Po enem izmed njih je planet LHS 1903e nastal blizu matične zvezde ter jo pozneje mahnil na bolj oddaljeno tirnico. Druga možnost je, da je to telo iz neznanega vzroka nastalo pozneje kot preostali trije planeti, ko je protoplanetarni disk že izgubil večino svojega plina.

Fultonova vrzel. Vir: Wikipedia/NASA.

Po tretji hipotezi se planeti v sistemih ne pojavijo hkrati, temveč nastajajo v določenem zaporedju. Med fazo, ko v disku obstajajo le manjši kamenčki, se ti nabirajo na notranjem, zvezdi bližnjem robu diska. Tam sčasoma nastane prvi planet, ki, ko postane dovolj velik, iz svoje okolice odstrani preostale kamenčke ter planetezimale. Takrat se notranji rob protoplanetarnega diska pomakne nekoliko navzven in zgodba se ponovi. Med nastankom dveh zaporednih planetov lahko preteče kakšnih milijon let.  Podatki kažejo, da protoplanetarni diski okoli rdečih pritlikavk obstajajo morda pet milijonov let, kar je dovolj za nastanek štirih do petih planetov. Količina razpoložljivega plina v disku se s časom hitro manjša, zaradi česar naj bi ga v obdobju nastanka planeta LHS 1903e že praktično zmanjkalo. Tako LHS 1903e ni mogel nakopičiti gostega ozračja in je posledično ostal ”gol”.

Po tem novem modelu se v bližini rdečih pritlikavk razvijejo kamnite superzemlje, katerih mase niso dovoljšne, da bi obdržale vroč plin iz okolice. Na nekoliko večjih razdaljah se izoblikujejo podneptuni, oviti v gosta ozračja. Do trenutka nastanka najbolj oddaljenih planetov pa plina v protoplanetarnem disku enostavno zmanjka, kar onemogoči nastanek gostih atmosfer, zaradi česar ti, nekoliko po nesrečnem naključju, spet ostanejo kamnita telesa. Obstoj zunajosončnega planeta LHS 1903e je prvi trdni dokaz za hipotezo, da planeti v nekaterih primerih nastajajo en za drugim, v smeri od znotraj navzven, in ne hkrati, kot smo mislili doslej. Seveda bodo, kot ponavadi, potrebne nadaljne raziskave da bi lahko to hipotezi dokončno potrdili oziroma ovrgli.

Nadaljna čtiva za najbolj radovedne

The Dust and Gas in Protoplanetary Disks, Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian.

Blog at WordPress.com.

Navzgor ↑