Astronomowie znaleźli układ, w którym skalista planeta krąży daleko, a gazowe olbrzymy bliżej gwiazdy. LHS 1903 wywraca teorie o powstawaniu planet.
Na pierwszy rzut oka system wokół gwiazdy LHS 1903 wygląda całkiem zwyczajnie. W centrum mamy małą, chłodną gwiazdę typu M, tzw. czerwonego karła. To najpopularniejszy typ gwiazd w Drodze Mlecznej – mniejsze i chłodniejsze od Słońca, świecące słabiej, ale za to bardzo długo.
Wokół takiej gwiazdy naukowcy namierzyli 4 planety. Trzy wewnętrzne początkowo układały się w znajomy wzór: najbliżej gwiazdy krążył skalisty świat, a za nim dwa znacznie większe, gazowe olbrzymy. Wszystko zgadzało się z tym, co astronomowie widzą w wielu innych systemach.
Dopiero gdy badacze przyjrzeli się czwartej, najbardziej zewnętrznej planecie dzięki kosmicznego teleskopu CHEOPS, obraz zaczął się psuć. Okazało się, iż ta dalsza planeta nie jest kolejnym gazowym gigantem, ale małym, gęstym światem – bardzo podobnym do Wenus czy Ziemi pod względem budowy. W efekcie cały układ wygląda tak: skalista – gazowa – gazowa – skalista.
Jak powinny być ułożone planety?
Żeby docenić dziwność LHS 1903, warto przypomnieć sobie, jak powinien wyglądać typowy układ planetarny według współczesnych teorii.
Planety powstają w dysku gazowo-pyłowym otaczającym młodą gwiazdę. Blisko gwiazdy jest gorąco. Tak gorąco, iż lekkie gazy, takie jak wodór i hel, nie bardzo mają szansę się utrzymać. Materia, z której tworzą się tam planety, to głównie skały i metale. W takich warunkach formują się obiekty podobne do Merkurego, Wenus, Ziemi czy Marsa – małe, kamieniste, z cienkimi atmosferami.
Im dalej od gwiazdy, tym chłodniej. W pewnej odległości zaczyna się tzw. linia śniegu, za którą lód wodny i inne substancje lotne mogą przetrwać w stałej postaci. Tam wokół rodzących się planet jest dużo materiału wsadowego – lodu, pyłu i gazu. Z takich zasobów łatwiej zbudować masywne jądro, które następnie przyciąga grubą warstwę gazu. Tak, w dużym skrócie, powstają gazowe olbrzymy, jak Jowisz czy Saturn.
Ten schemat – skały w środku, gazowe olbrzymy na zewnątrz – powtarza się w wielu znanych układach, choć szczegóły mogą być bardzo różne. Właśnie dlatego odkrycie małej, skalistej planety za dwoma gazowymi gigantami natychmiast zaciekawiło badaczy.
Czego naukowcy nie widzą w tym układzie?
Najprostszy odruch każdego badacza, który widzi coś tak dziwnego, to sprawdzić, czy planety nie wymieniły się miejscami. W astronomii znamy zjawisko migracji planet: młode światy potrafią wędrować po swoich orbitach, wciągane i wypychane przez grawitację dysku gazowego oraz innych planet.
Może zatem skalista planeta powstała bliżej gwiazdy, a potem została wyrzucona na zewnętrzną orbitę? Albo odwrotnie: najdalszy świat był kiedyś gazowym olbrzymem, ale w jakimś katastroficznym zderzeniu stracił atmosferę, zostawiając nagie skaliste jądro?
Zespół analizujący układ LHS 1903 rozważył takie scenariusze i uznał je za mało prawdopodobne. Orbity planet są stosunkowo stabilne i uporządkowane, nie ma śladów wielkiego chaosu grawitacyjnego, który zostawiłby po sobie nieregularny układ. Również parametry zewnętrznej planety sugerują, iż jest to zwykły skalisty świat, a nie szczątek po dawnym gazowym gigancie.
Skoro nie zamiana miejsc, nie rozbicie i nie wielka migracja, pozostaje bardziej radykalna odpowiedź: ten układ od początku powstawał inaczej niż zwykle.
Formowanie od środka: gdy gaz kończy się w trakcie budowy
Tu do gry wchodzi idea, którą naukowcy nazywają formowaniem planet od środka na zewnątrz. W klasycznym obrazie wiele planet powstaje mniej więcej równolegle w dysku gazowo-pyłowym. W nowym scenariuszu układ buduje się bardziej sekwencyjnie.
Najpierw rodzą się planety najbliżej gwiazdy. Każda kolejna działa jak wielki kosmiczny odkurzacz: zgarnia pył i gaz z sąsiedztwa, kształtując przy tym warunki, w których powstają następne światy. Z biegiem czasu w zewnętrznych rejonach dysku może już po prostu brakować materiału, zwłaszcza lekkich gazów.
W przypadku LHS 1903 obraz mógł wyglądać mniej więcej tak:
- blisko gwiazdy powstała skalista planeta – tam i tak było za gorąco na utrzymanie grubej atmosfery,
- dalej zrodziły się dwa masywne światy, które przyciągnęły do siebie znaczną część dostępnego gazu i stały się gazowymi olbrzymami,
- kiedy przyszedł czas na czwartą, zewnętrzną planetę, magazyn gazu był już niemal pusty. Został głównie pył i skały, z których uformował się nieduży, gęsty glob.
Istotny jest tu właśnie brak gazu. Zwykle zakładamy, iż jeżeli planeta powstaje tak daleko od gwiazdy, ma dużo czasu i ogromne zasoby lekkich gazów, by stać się olbrzymem. Tym razem mamy przykład świata, który zrodził się w środowisku niemal całkowicie gazowo wygaszonym. To pierwszy tak wyraźny kandydat na planetę ukształtowaną w niemal pozbawionej gazu części dysku.
Czy w takim układzie jest miejsce na życie?
Odkrycie skalistej planety na zewnętrznej orbicie automatycznie uruchamia jedno pytanie: czy w tak odwróconym systemie mogłoby istnieć życie? Na razie to wyłącznie spekulacje.
LHS 1903 jest czerwonym karłem, a takie gwiazdy mają swoje kaprysy. Bywają aktywne, potrafią bombardować planety potężnymi rozbłyskami promieniowania. Jednocześnie świecą słabiej, więc tzw. strefa zamieszkiwalna – obszar, w którym teoretycznie może istnieć ciekła woda – leży znacznie bliżej niż w przypadku Słońca.
Z tego, co wiemy, najbardziej zewnętrzna planeta LHS 1903 prawdopodobnie znajduje się poza klasyczną strefą komfortu dla wody w stanie ciekłym. Może być zimnym, skalistym światem w długim, chłodnym półmroku. Ale dla astronomów to wcale nie jest powód do rozczarowania. To przede wszystkim idealny test tego, jak bardzo elastyczna jest natura przy budowaniu planetarnych układów.
Im więcej takich wyjątków znajdziemy, tym lepiej zrozumiemy, jakie naprawdę są granice normalności w kosmosie i jak często, na tle tego całego bałaganu, może zdarzyć się układ choć trochę przypominający nasz własny.
