Planetă imposibilă: telescopul James Webb a descoperit o atmosferă care nu respectă legile astrofizicii
O echipă internațională de astrofizicieni condusă de Caleb Cañas de la Goddard Space Flight Center al NASA a publicat un studiu care ar putea rescrie manualele de astrofizică. Telescopul James Webb a analizat atmosfera „planetei interzise” TOI-5205 b. Iar ceea ce a descoperit acolo nu poate fi explicat din punctul de vedere al modelelor teoretice existente.
Planeta TOI-5205 b, situată la aproximativ 280 de ani lumină de Pământ, este un gigant gazos de mărimea lui Jupiter. În sine, este neremarcabil – sute de lumi similare au fost deja catalogate. Dar vedeta pe lângă care trece schimbă totul. Este o pitică roșie de clasă M cu doar 40% din masa Soarelui.
Paradoxul mărimii
Conform modelelor general acceptate de acumulare a miezului – cel mai larg acceptat mecanism pentru formarea planetelor gigantice – astfel de stele mici pur și simplu nu au discuri protoplanetare cu material suficient pentru a da naștere unei gigantice gazoase de dimensiunea lui Jupiter. Raportul dintre dimensiunile planetei și steaua sa de aici este mult mai mare decât orice model îl consideră posibil. Prin urmare, astronomii au poreclit TOI-5205 b „planeta interzisă”. Ea nu ar trebui să existe.
Dar s-a dovedit că existența în sine nu este singurul mister.
Al doilea paradox: o atmosferă fără metale
Echipa lui Cañas a folosit telescopul James Webb pentru a observa trei tranzite planetare – momente în care TOI-5205 b trece direct între steaua sa și telescop. În timpul fiecărui tranzit, o parte din lumina stelelor trece prin atmosfera subțire a planetei înainte de a ajunge la senzori. Spectrografele de înaltă precizie au analizat această lumină, împărțind-o în diferite lungimi de undă. Fiecare element chimic își lasă propria amprentă unică.
Rezultatele au fost șocante. Atmosfera TOI-5205 b s-a dovedit a fi surprinzător de săracă în metale – adică elemente mai grele decât hidrogenul și heliul. Mai mult, metalicitatea planetei s-a dovedit a fi mai mică decât cea a propriei stele. Acest lucru contrazice direct predicțiile modelelor de formare a planetelor.
Conform teoriei acreției de bază, planetele gigantice se formează atunci când un nucleu stâncos masiv acumulează gaz în jurul său. Acest proces ar trebui să ducă la formarea de planete bogate în metale. Metalicitatea planetei trebuie să fie egală sau mai mare decât cea a stelei. În cazul TOI-5205 b, se întâmplă exact opusul.
Doi piloni ai astrofizicii se prăbușesc în același timp
Știința planetară modernă se bazează pe mai multe principii care erau considerate imuabile. Studiul TOI-5205 b îi provoacă pe amândoi în același timp.
Primul principiu paradigmatic care trebuie zdruncinat se referă la acumularea nucleului în stelele de masă mică. Piticile roșii din clasa M reprezintă aproximativ 70% din toate stelele din Calea Lactee. Dar discurile lor protoplanetare sunt de obicei destul de modeste, așa că comunitatea științifică a considerat întotdeauna că este puțin probabil ca acestea să poată da naștere unor planete de dimensiunea lui Jupiter.
Al doilea principiu în litigiu se referă la corelația dintre metalitatea stelei și planetă. Până acum, observațiile a zeci de sisteme de exoplanete au susținut ideea că planetele gigantice moștenesc – și adesea îmbunătățesc – compoziția chimică a stelelor lor. TOI-5205 b încalcă categoric această regulă.
De ce este acest lucru important
Înțelegerea dacă piticele roșii – majoritatea dintre ele din galaxie – pot găzdui giganți gazosi are implicații enorme pentru estimarea numărului total de planete din Calea Lactee. Dacă modelele ar fi greșite, atunci estimările numărului de planete ar putea fi revizuite radical.
Atmosfera neobișnuită a TOI-5205 b sugerează că ar putea exista mecanisme necunoscute de formare a planetelor. Printre posibilitățile pe care cercetătorii le au în vedere: instabilitatea gravitațională a discului (planeta s-ar fi putut forma prin prăbușirea directă a unei regiuni dense a discului fără un nucleu stâncos preliminar), migrarea dintr-un alt sistem sau procesele atmosferice nesocotite.
Limitele studiului
Deși rezultatele sunt extraordinare, este important de menționat că studiul se bazează pe trei tranzite observate. Observațiile viitoare ar putea rafina măsurătorile metalicității și ar putea confirma – sau extinde – constatările actuale. Autorii înșiși recunosc că vor fi necesare modele atmosferice mai complexe pentru a interpreta pe deplin datele telescopului James Webb. În plus, tehnica de spectroscopie de tranzit captează doar stratul exterior al atmosferei, care poate să nu reflecte întreaga compoziție a planetei.
Întrebarea care rămâne fără răspuns nu este dacă TOI-5205 b există. Există și atmosfera ei este măsurată. Întrebarea este cât de adânc va trebui știința să-și reconsidere ideile despre formarea sistemelor planetare. Piticile roșii sunt cele mai comune stele din galaxie. Dacă pot da naștere lui Jupiteri, iar Jupiterii lor pot avea o compoziție chimică care sfidează toate modelele, atunci astrofizicienii ar putea fi nevoiți să se întoarcă la elementele de bază. Și următoarea generație de telescoape va găsi probabil și mai multe lumi „interzise”, care vor continua să distrugă ceea ce a fost considerat de neclintit. Așa cum se întâmplă adesea în știință, cele mai valoroase răspunsuri nu vin din confirmare, ci din descoperiri care pur și simplu nu ar trebui să existe.
