Statystyka odkrytych kilku tysięcy planet pozasłonecznych pokazuje, że planety większe od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna występują najczęściej. Naukowcy nazywają je odpowiednio superziemiami (ang. super-Earths) oraz podneptunami (ang. sub-Neptunes). Paradoksalnie w Układzie Słonecznym planety tego rodzaju nie występują. Utrudnia to analizowanie, jak mogą powstawać.

Międzynarodowy zespół astronomów z Japonii, USA, Wielkiej Brytanii, Hiszpanii, Holandii, Indii i Włoch zbadał system planetarny V1298 Tau. Przez dziewięć lat obserwowano przy pomocy teleskopów naziemnych i kosmicznych tranzyty planet w tym systemie. To sytuacja, w której planeta w swoich ruchu po orbicie wokół gwiazdy, przechodzi przed gwiazdą, z perspektywy obserwatora na Ziemi. Samej planety nie widzimy, ale jej przejście powoduje niewielkie osłabienie blasku gwiazdy.

Gwiazda V1298 Tau ma wiek oceniany na od 10 do 30 milionów lat, czyli jest młoda w porównaniu do Słońca. Jej masa jest zbliżona do słonecznej (1,1 masy Słońca). Znajduje się w obszarze gwiazdotwórczym w Byku. Znajduje się 354 lata świetlne od nas.

Obserwacje teleskopem kosmicznym Keplera, w ramach misji rozszerzonej K2, ujawniły tranzyty od czterech różnych planet. Potem od 2019 do 2024 roku obserwowano kolejne 43 tranzyty dla wszystkich planet, przy pomocy teleskopów naziemnych i kosmicznych.

Gdy przeprowadzono modelowanie dla kompletu danych z lat 2015-2024, okazało się, że wszystkie planety wykazują odchyłki czasowe w momentach tranzytów o amplitudach od około 50 do około 100 minut. Na tej podstawie opracowano kolejny model, uwzględniający oddziaływania grawitacyjne w systemie, dopasowując go do momentów tranzytu. Okazało się, że masy planet są następujące: 4,7, 6,0, 13,1 i 15,3 mas Ziemi, promienie wynoszą odpowiednio 5,08, 6,53, 9,41 i 10,17 promienia Ziemi, z kolei okresy orbitalne to 8,2, 12,4, 24,1 oraz 48,7 dnia.

Wyniki są dość zaskakujące. Pomimo promieni większych o 5-10 razy niż ma Ziemia, masy planet to jedynie od 5 do15 razy więcej. To oznacza bardzo małe gęstości, porównywalne do styropianu, podczas gdy Ziemia ma gęstość skał.

To pierwszy obserwacyjny dowód, że młode planety z kategorii superziem lub podneptunów są w swojej młodości „rozdęte”, co jest istotną wiedzą przy modelach powstawania planet. Zbadane planety należą do planet o najmniejszej gęstości spośród znanych. Planety w systemie V1298 Tau utraciły znaczną ilość swoich zewnętrznych gazowych warstw i będą tracić jeszcze więcej. Naukowcy przewidują, że planety skurczą się do rozmiarów od 1,5 do 4 promieni Ziemi.

„Planety te przeszły dramatyczną transformację, gwałtownie tracąc większość swojej pierwotnej atmosfery i ochładzając się szybciej, niż przewidują to standardowe modele. Ale ciągle ewoluują. Przez kilka miliardów lat będą kontynuować utratę atmosfery i znacznie się skurczą, przekształcając się w zwarte superziemie i podneptuny, które obserwujemy w innych miejscach w Galaktyce” - podsumowuje James Owen z Imperial College London, który kierował modelowaniem teoretycznym. (PAP)

cza/ agt/