Zamislite da ste farmer koji traži jaja u kokošinjcu – ali umesto kokošijeg jajeta, naći ćete nojevo jaje, mnogo veće od bilo čega što bi kokoška mogla da snese.
Tako se osećao naš tim astronoma kada smo ranije ove godine otkrili masivnu planetu, više od 13 puta težu od Zemlje, oko hladne, tamne crvene zvezde, devet puta manje mase od Zemljinog sunca.
Manja zvezda, nazvana M zvezda, ne samo da je manja od Sunca u Zemljinom Sunčevom sistemu, već je i 100 puta manje sjajna. Takva zvezda ne bi trebalo da ima potrebnu količinu materijala u svom disku koji formira planetu da bi rodila tako masivnu planetu.
Tokom protekle decenije, naš tim je dizajnirao i napravio novi instrument u Penn State-u koji je sposoban da detektuje svetlost ovih prigušenih, hladnih zvezda na talasnim dužinama izvan osetljivosti ljudskog oka – u bliskom infracrvenom – gde takve hladne zvezde emituju većinu njihova svetlost .
Priključen na 10-metarski Hobbi-Eberli teleskop u zapadnom Teksasu, naš instrument, nazvan Planet Finder u životnoj zoni, može meriti suptilnu promenu brzine zvezde dok je planeta gravitaciono vuče. Ova tehnika, nazvana Doplerova tehnika radijalne brzine, odlična je za otkrivanje egzoplaneta.
„Egzoplaneta“ je kombinacija reči ekstrasolar i planeta, tako da se termin odnosi na bilo koje telo veličine planete u orbiti oko zvezde koja nije Zemljino sunce.
Pre trideset godina, posmatranja Doplerove radijalne brzine omogućila su otkriće 51 Pegasa b, prve poznate egzoplanete koja kruži oko zvezde slične Suncu. U narednim decenijama, astronomi poput nas su poboljšali ovu tehniku. Ova sve preciznija merenja imaju važan cilj: da omoguće otkrivanje stenovitih planeta u naseljivim zonama, regionima oko zvezda gde tečna voda može da se održava na površini planete.
Doplerova tehnika još uvek nema mogućnosti da otkrije planete u naseljivim zonama mase Zemlje oko zvezda veličine Sunca. Ali hladne i tamne M zvezde pokazuju veći Doplerov potpis za istu planetu veličine Zemlje. Manja masa zvezde dovodi do toga da je planeta u orbiti više vuče. A niža osvetljenost dovodi do bliže nastanjive zone i kraće orbite, što takođe čini planetu lakšom za otkrivanje. Umetnički prikaz LHS 3154b. Kredit: Abbi Minnich
Planete oko ovih manjih zvezda bile su planete koje je naš tim dizajnirao pomoću Finder planeta u životnoj zoni. Naše novo otkriće, objavljeno u časopisu Nauka , o masivnoj planeti koja kruži usko oko hladne tamne M zvezde LHS 3154 — nojevog jajeta u kokošinjcu — bilo je pravo iznenađenje.
Planete se formiraju u diskovima koji se sastoje od gasa i prašine. Ovi diskovi spajaju zrna prašine koja prerastaju u kamenčiće i na kraju se kombinuju da bi formirali čvrsto planetarno jezgro. Kada se jezgro formira, planeta može gravitaciono da uvuče čvrstu prašinu, kao i okolni gas kao što su vodonik i helijum. Ali potrebno je mnogo mase i materijala da bi se ovo uspešno uradilo. Ovaj način formiranja planeta naziva se akrecija jezgra.
Zvezda male mase kao LHS 3154, devet puta manja od Sunca, trebalo bi da ima odgovarajući disk koji formira planetu male mase.
Tipičan disk oko zvezde tako male mase jednostavno ne bi trebalo da ima dovoljno čvrstih materijala ili mase da bi mogao da napravi jezgro dovoljno teško da stvori takvu planetu. Iz kompjuterskih simulacija koje je naš tim sproveo, zaključili smo da je takvoj planeti potreban disk koji je najmanje 10 puta veći nego što se obično pretpostavlja iz direktnih posmatranja diskova koji formiraju planete.
Drugačija teorija formiranja planeta, gravitaciona nestabilnost — gde gas i prašina u disku podležu direktnom kolapsu da bi formirali planetu — takođe se bori da objasni formiranje takve planete bez veoma masivnog diska.
Hladne, tamne M zvezde su najčešće zvezde u našoj galaksiji. U DC stripovima, Supermanov dom, planeta Kripton, kruži oko M patuljaste zvezde.
Astronomi znaju, na osnovu otkrića napravljenih pomoću Finder-a planeta u životnoj zoni i drugih instrumenata, da su džinovske planete u bliskim orbitama oko najmasivnijih M zvezda najmanje 10 puta ređe od onih oko zvezda sličnih Suncu. I ne znamo za takve masivne planete u bliskim orbitama oko najmanje masivnih M zvezda – sve do otkrića LHS 3154b.
Razumevanje kako se planete formiraju oko naših najslađih suseda pomoći će nam da razumemo kako se planete formiraju uopšte i kako se formiraju i razvijaju stenoviti svetovi oko najbrojnijih vrsta zvezda. Ova linija istraživanja bi takođe mogla pomoći astronomima da shvate da li su M zvezde sposobne da podrže život.
