Το άστρο TOI-6894 είναι όπως πολλά στη γαλαξία μας, ένας μικρός ερυθρός νάνος, με μάζα που αντιστοιχεί μόλις στο ~20% της ηλιακής μας μάζας. Όπως και πολλά άλλα μικρά άστρα, δεν αναμένεται να προσφέρουν κατάλληλες συνθήκες για τον σχηματισμό και τη φιλοξενία ενός μεγάλου πλανήτη.
Ωστόσο, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων εντόπισε το αδιαμφισβήτητο ίχνος ενός γιγάντιου πλανήτη, που ονομάζεται TOI-6894b, να περιφέρεται γύρω από αυτό το μικροσκοπικό άστρο. Η εργασία δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy.
TOI-6894b: Η έρευνα που οδήγησε στην ανακάλυψη
Το σύστημα ανακαλύφθηκε στο πλαίσιο μιας μεγάλης κλίμακας έρευνας των δεδομένων του TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), με στόχο την αναζήτηση γιγάντιων πλανητών γύρω από άστρα χαμηλής μάζας, υπό την ηγεσία του Dr. Edward Bryant, ο οποίος ολοκλήρωσε αυτή την εργασία στο University of Warwick και στο Mullard Space Science Laboratory του UCL.
Ο Dr. Edward Bryant, υπότροφος του Warwick Astrophysics Prize και πρώτος συγγραφέας, δήλωσε:
«Ήμουν πολύ ενθουσιασμένος με αυτή την ανακάλυψη. Αρχικά έψαξα στις παρατηρήσεις του TESS πάνω από 91.000 άστρα ερυθρών νάνων χαμηλής μάζας αναζητώντας γιγάντιους πλανήτες».
«Έπειτα, χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από ένα από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου, το VLT του ESO, ανακάλυψα τον TOI-6894b, έναν γιγάντιο πλανήτη που διασχίζει το χαμηλότερης μάζας άστρο που έχει ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα να φιλοξενεί τέτοιο πλανήτη. Δεν περιμέναμε πλανήτες όπως ο TOI-6894b να μπορούν να σχηματιστούν γύρω από τόσο χαμηλής μάζας άστρα. Αυτή η ανακάλυψη θα αποτελέσει ακρογωνιαίο λίθο για την κατανόηση των ακραίων περιπτώσεων σχηματισμού γιγάντιων πλανητών».
Ο ιδιόμορφος χαρακτήρας του TOI-6894b
Ο πλανήτης TOI-6894b είναι ένας αέριος γίγαντας με χαμηλή πυκνότητα, με ακτίνα λίγο μεγαλύτερη από του Κρόνου αλλά με μόνο ~50% της μάζας του Κρόνου. Το άστρο TOI-6894 είναι το χαμηλότερης μάζας άστρο στο οποίο έχει βρεθεί να διασχίζει γιγάντιος πλανήτης και είναι μόλις το 60% του μεγέθους του επόμενου μικρότερου άστρου που φιλοξενεί τέτοιο πλανήτη.
Ο Dr. Daniel Bayliss, αναπληρωτής καθηγητής στο University of Warwick, δήλωσε:
«Τα περισσότερα άστρα στον γαλαξία μας είναι μικρά άστρα σαν αυτό, με χαμηλές μάζες και προηγουμένως θεωρούνταν ότι δεν μπορούν να φιλοξενήσουν αέριους γίγαντες. Έτσι, το γεγονός ότι αυτό το άστρο φιλοξενεί έναν γίγαντα πλανήτη έχει μεγάλες συνέπειες για τον συνολικό αριθμό των γιγάντιων πλανητών που εκτιμάται ότι υπάρχουν στον γαλαξία μας».
Μια πρόκληση για την κυρίαρχη θεωρία
Ο Dr. Vincent Van Eylen, από το Mullard Space Science Laboratory του UCL, είπε:
«Είναι μια συναρπαστική ανακάλυψη. Δεν καταλαβαίνουμε πλήρως πώς ένα άστρο με τόσο λίγη μάζα μπορεί να σχηματίσει έναν τόσο μαζικό πλανήτη. Αυτός είναι ένας από τους στόχους της αναζήτησης εξωπλανητών. Με το να βρίσκουμε πλανητικά συστήματα διαφορετικά από το δικό μας, μπορούμε να δοκιμάσουμε τα μοντέλα μας και να κατανοήσουμε καλύτερα πώς σχηματίστηκε το δικό μας ηλιακό σύστημα».
Η πιο ευρέως αποδεκτή θεωρία σχηματισμού πλανητών ονομάζεται θεωρία πυρηνικής συσσώρευσης (core accretion). Πρώτα σχηματίζεται ένας πλανητικός πυρήνας μέσω σταδιακής συσσώρευσης υλικού και καθώς αυτός αυξάνει τη μάζα του, προσελκύει αέρια που σχηματίζουν ατμόσφαιρα. Όταν η μάζα ξεπεράσει ένα κρίσιμο όριο, ξεκινά μια ασταμάτητη συσσώρευση αερίου για να δημιουργηθεί ένας αέριος γίγαντας.
Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ο σχηματισμός αέριων γιγάντων είναι πιο δύσκολος γύρω από άστρα χαμηλής μάζας, επειδή η ποσότητα αερίου και σκόνης στον πρωτοπλανητικό δίσκο είναι πολύ περιορισμένη για να σχηματιστεί επαρκώς μαζικός πυρήνας και να ξεκινήσει η διαδικασία εκτροπής (runaway accretion).
Ωστόσο, η ύπαρξη του TOI-6894b (ενός γιγάντιου πλανήτη που περιφέρεται γύρω από άστρο εξαιρετικά χαμηλής μάζας) υποδεικνύει ότι αυτό το μοντέλο δεν είναι απόλυτα ακριβές και χρειάζονται εναλλακτικές θεωρίες.
Ο Edward πρόσθεσε:
«Δεδομένης της μάζας του πλανήτη, ο TOI-6894b θα μπορούσε να έχει σχηματιστεί μέσω μιας ενδιάμεσης διαδικασίας πυρηνικής συσσώρευσης, κατά την οποία σχηματίζεται ένας πρωτοπλανήτης και συσσωρεύει σταδιακά αέρια χωρίς ο πυρήνας να φτάσει τη μάζα που απαιτείται για την εκτροπή».
Εναλλακτικά, μπορεί να σχηματίστηκε λόγω ενός βαρυτικά ασταθούς δίσκου. Σε κάποιες περιπτώσεις, ο δίσκος που περιβάλλει το άστρο μπορεί να γίνει ασταθής εξαιτίας της βαρυτικής δύναμης που ασκεί στον εαυτό του. Αυτοί οι δίσκοι μπορούν να κατακερματιστούν και το αέριο και η σκόνη να καταρρεύσουν σχηματίζοντας έναν πλανήτη».
Αλλά η ομάδα διαπίστωσε ότι καμία από τις θεωρίες δεν μπορούσε να εξηγήσει πλήρως τον σχηματισμό του TOI-6894b με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα, αφήνοντας την προέλευση αυτού του γιγάντιου πλανήτη ως ανοιχτό ερώτημα προς το παρόν.
Ατμοσφαιρικές απαντήσεις και μελλοντικές παρατηρήσεις
Ένας πιθανός τρόπος για να φωτιστεί το μυστήριο του σχηματισμού του TOI-6894b είναι μια λεπτομερής ατμοσφαιρική ανάλυση. Μετρώντας την κατανομή του υλικού εντός του πλανήτη, οι αστρονόμοι μπορούν να προσδιορίσουν το μέγεθος και τη δομή του πυρήνα του, κάτι που μπορεί να μας δείξει αν ο TOI-6894b σχηματίστηκε μέσω συσσώρευσης ή μέσω ενός ασταθούς δίσκου.
Αυτό δεν είναι το μόνο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της ατμόσφαιρας του TOI-6894b· είναι ασυνήθιστα ψυχρή για αέριο γίγαντα. Οι περισσότεροι γίγαντες που βρίσκουν οι κυνηγοί εξωπλανητών είναι θερμοί Δίες, μαζικοί αέριοι γίγαντες με θερμοκρασίες ~1.000–2.000 Kelvin.
Ο TOI-6894b, σε σύγκριση, έχει μόλις 420 Kelvin. Η χαμηλή θερμοκρασία, μαζί με άλλα χαρακτηριστικά του πλανήτη, όπως οι πολύ βαθιές διελεύσεις, τον καθιστούν έναν από τους πιο υποσχόμενους γίγαντες για χαρακτηρισμό από τους αστρονόμους με ψυχρή ατμόσφαιρα.
Ο καθηγητής Amaury Triaud, από το University of Birmingham, συν-συγγραφέας και μέλος της συνεργασίας SPECULOOS, δήλωσε: «Με βάση την ακτινοβολία που δέχεται ο TOI-6894b, αναμένουμε ότι η ατμόσφαιρά του κυριαρχείται από μεθάνιο, κάτι εξαιρετικά σπάνιο να ταυτοποιηθεί. Οι θερμοκρασίες είναι τόσο χαμηλές ώστε οι παρατηρήσεις της ατμόσφαιρας μπορεί ακόμη και να μας δείξουν αμμωνία, που θα ήταν η πρώτη φορά που εντοπίζεται σε ατμόσφαιρα εξωπλανήτη».
«Ο TOI-6894b πιθανότατα αποτελεί έναν πρότυπο εξωπλανήτη για τη μελέτη ατμοσφαιρών κυριαρχούμενων από μεθάνιο και το καλύτερο “εργαστήριο” για τη μελέτη ατμόσφαιρας πλανήτη με άνθρακα, άζωτο και οξυγόνο εκτός του ηλιακού συστήματος».
Η ατμόσφαιρα του TOI-6894b είναι ήδη προγραμματισμένο να παρατηρηθεί από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) μέσα στους επόμενους 12 μήνες. Αυτό θα επιτρέψει στους αστρονόμους να προσδιορίσουν ποια -αν υπάρχει κάποια- από τις πιθανές θεωρίες μπορεί να εξηγήσει τον σχηματισμό αυτού του απρόσμενου πλανήτη.
Ο συν-συγγραφέας Dr. Andrés Jordán, ερευνητής στο Millennium Institute of Astrophysics και καθηγητής στο Adolfo Ibáñez University, δήλωσε:
«Αυτό το σύστημα θέτει μια νέα πρόκληση στα μοντέλα σχηματισμού πλανητών και προσφέρει έναν πολύ ενδιαφέροντα στόχο για μετέπειτα παρατηρήσεις ώστε να χαρακτηριστεί η ατμόσφαιρά του».
«Αυτή η ανακάλυψη είναι το αποτέλεσμα ενός συστηματικού προγράμματος που υλοποιούμε τα τελευταία χρόνια από τη Χιλή και το Ηνωμένο Βασίλειο. Οι προσπάθειές μας μας έχουν επιτρέψει να συμβάλουμε σημαντικά στην καλύτερη κατανόηση του πόσο συχνά τα μικρά άστρα μπορούν να σχηματίσουν γιγάντιους πλανήτες, και παρέχουμε κύριους στόχους για παρατηρήσεις από διαστημικές πλατφόρμες».
