Astronómovia objavili monštruóznu „mega-Zem“. Váži 23-krát viac a popiera teórie

Vesmír opäť ukázal, že naše doterajšie tabuľky a modely naň zďaleka nestačia. Astronómovia z University of Wisconsin–Madison potvrdili objav mimoriadne hustej a masívnej kamennej planéty GJ 523b, ktorú pôvodne zachytil vesmírny teleskop TESS od agentúry NASA. Tento svet spadá do veľmi vzácnej kategórie, ktorú vedci označujú ako mega-Zem.

Kým takzvané super-Zeme nachádzame pomerne bežne, tento nový prírastok sa úplne vymyká štandardom. S priemerom len 2,5-krát väčším ako Zem dosahuje hmotnosť až 23,5-násobku našej planéty. Ide o tak obrovskú hustotu, že planéta v týchto rozmeroch takmer nemala existovať ako skalnaté teleso.

Objav takýchto anomálií ukazuje, aké prekvapenia pred nami vesmír stále ukrýva. Podobne nečakané javy vidíme aj v iných kútoch galaxie, kde napríklad astronómovia zachytili čiernu dieru pri šokujúcom procese.

Prečo GJ 523b mätie astrofyzikov

Bežné modely formovania planetárnych systémov predpokladajú jasné pravidlá. Keď mladá planéta naberie kamenné jadro s hmotnosťou prekračujúcou 10- až 20-násobok Zeme, jej gravitačné pole začne prudko priťahovať okolitý plyn. Z takéhoto zárodku sa spravidla vyvinie plynný obor s masívnou atmosférou zloženou z vodíka a hélia, podobne ako v prípade Neptúna alebo Jupitera.

GJ 523b však týmto scenárom neprešla. Hoci má gravitačnú silu schopnú udržať obrovské množstvo plynu, jej atmosféra je prekvapivo tenká alebo takmer neexistujúca. Výsledkom je obrovský, neuveriteľne stlačený kus horniny a kovu, ktorý dosahuje 60 % veľkosti Neptúna, no správa sa ako pevná planéta.

Celý systém je navyše extrémne mladý. Kým naša Slnečná sústava má za sebou viac ako 4,5 miliardy rokov vývoja, vek systému okolo materského oranžového trpaslíka GJ 523 odhadujú vedci len na približne 170 miliónov rokov. Planéta sa tak nachádza v rannom štádiu svojho života.

Prvé náznaky z teleskopu TESS a detailné merania

Kľúčovú úlohu pri odhalení tohto sveta zohral orbitálny lovec exoplanét TESS. Prístroj zaregistroval periodické zoslabnutie svetla materskej hviezdy, ku ktorému dochádza v momente, keď planéta prechádza popred jej disk. Tento tranzit umožnil určiť presný fyzický rozmer telesa.

Na presné zmeranie hmotnosti však vedci museli nasadiť pozemnú techniku. Využili spektrograf NEID na 3,5-metrovom teleskope WIYN a vysoké rozlíšenie zabezpečili observatóriá Gemini North a Palomar. Tieto prístroje zmerali gravitačné kývanie hviezdy vyvolané obiehajúcou planétou.

Vedúci autor štúdie Max Kroft priznal, že výsledné čísla vedcov zaskočili. Planéty s vysokou hustotou sú v kozme bežné, no takmer výhradne ide o malé telesá s veľkosťou Zeme či Merkúra. Nájsť takto hustý objekt pri 2,5-násobnom priemere Zeme nikto nečakal.

Zrážka gigantov alebo odfúknutá atmosféra

Vedci teraz hľadajú mechanizmus, ktorý pripravil GJ 523b o jej plynný obal. Jednoduché zahrievanie žiarením materskej hviezdy podľa výpočtov nestačí na to, aby z povrchu zmizlo také množstvo vodíka a hélia. Do úvahy preto prichádzajú omnoho dramatickejšie scenáre.

Jednou z hlavných hypotéz je kataklyzmatická kolízia dvoch obrích protoplanét. Pri takejto zrážke sa uvoľní gigantické množstvo energie, ktoré dokáže pôvodnú atmosféru doslova odstreliť do otvoreného vesmíru a roztaviť celú hmotu do jedného hustého jadra.

Ďalšou stopou je samotná teplota planéty krátko po jej sformovaní. Ak teleso vzniklo v extrémne horúcich podmienkach, plyny sa v jeho gravitačnom poli jednoducho nestihli udržať a unikli skôr, než sa stihla vytvoriť stabilná atmosféra.

Záhadná polárna orbita napovedá turbulentnú minulosť

Fascinujúci je aj samotný pohyb planéty okolo jej hviezdy. Merania ukazujú, že rovina obežnej dráhy je voči rotácii hviezdy naklonená najmenej o 71 stupňov. Planéta teda obieha prakticky po polárnej dráhe, čo je pri bežných planetárnych sústavách extrémne nezvyčajné.

Tento silný sklon naznačuje, že systém GJ 523 prešiel divokou gravitačnou nestabilitou. Planéta sa pravdepodobne sformovala na úplne inom mieste a na svoju súčasnú dráhu sa dostala po gravitačnom vymrštení alebo blízkom prelete okolo iného masívneho objektu.

Astronómovia teraz dúfajú, že s narastajúcim počtom objavených exoplanét nájdu ďalšie podobné prípady. Presné pochopenie týchto mega-Zemí si však vyžiada úzku spoluprácu astrofyzikov s geológmi a materiálovými vedcami, pretože správanie hornín a železa pod takýmto extrémnym tlakom zatiaľ nevie nasimulovať žiadne laboratórium na Zemi.

Čítajte viac z kategórie: Vesmír a veda