Astronomi že leta opozarjajo, da je večina planetarnih sistemov v naši galaksiji drugačna od Osončja. Okoli številnih zvezd krožijo planeti, ki so večji od Zemlje, a manjši od Neptuna – tako imenovane superZemlje in podNeptuni. Prav takšnih planetov pa v našem Osončju ni, kar je dolgo predstavljalo uganko za planetarne znanstvenike. Ključno vprašanje je bilo, kako ti planeti sploh nastanejo in kako se razvijajo.
Zdaj imajo raziskovalci jasnejši odgovor. Mednarodna skupina astrofizikov z Univerze v Kaliforniji v Los Angelesu (UCLA) in drugih ustanov je neposredno opazovala štiri mlade planete v sistemu V1298 Tau, ki so v zgodnji fazi preobrazbe iz velikanskih, plinskih svetov v superZemlje in podNeptune. Ugotovitve so bile objavljene v znanstveni reviji Nature.
Na UCLA poudarjajo, da gre za redek vpogled v obdobje, ki ga astronomi običajno ne morejo spremljati neposredno. „V1298 Tau je ključna povezava med meglicami, v katerih nastajajo zvezde in planeti, ter zrelimi planetarnimi sistemi, ki jih danes opazujemo po vsej galaksiji,“ je pojasnil profesor fizike in astronomije Erik Petigura, soavtor raziskave. Ob tem je sistem primerjal z znamenitim fosilom Lucy, ki predstavlja manjkajoči člen v človeški evoluciji.
Mladi planeti v obdobju hitrih sprememb
Planeti nastajajo v protoplanetarnih diskih plina in prahu, ki obkrožajo mlade zvezde. V prvih nekaj sto milijonih let se lahko njihova velikost in sestava močno spremenita, zaradi česar je razvoj zelo zapleten. Prav to je dolgo oteževalo razumevanje, zakaj je v vesolju toliko planetov v velikostnem razponu med Zemljo in Neptunom.
Zvezda V1298 Tau je stara približno 20 milijonov let, kar je v primerjavi z 4.5 milijarde let starim Soncem izjemno malo. Raziskovalci so to obdobje opisali kot planetarni ekvivalent nekajmesečnega dojenčka. Okoli zvezde krožijo štirje masivni planeti, sprva veliki med Neptunom in Jupitrom, vendar nove meritve kažejo, da se ti svetovi krčijo in pospešeno izgubljajo svojo atmosfero.
„Navdušujoče je, da lahko vidimo predogled tega, kar bo postalo povsem običajen planetarni sistem,“ je poudaril John Livingston, glavni avtor študije iz Astrobiološkega centra v Tokiu. „Te planete opazujemo v fazi, ki je bila do zdaj skoraj povsem nedostopna.“
Dolgotrajna opazovanja in kanček sreče
Do preboja je prišlo po skoraj desetletju natančnih opazovanj tranzitov planetov, ko ti prečkajo svojo zvezdo in jo rahlo zatemnijo. Z analizo časov in sprememb tranzitov so raziskovalci lahko določili orbite planetov in njihove medsebojne gravitacijske vplive.
Sistem V1298 Tau je bil pri tem še posebej zahteven. „Imeli smo le dva tranzita najbolj oddaljenega planeta, ločena za več let, in vedeli smo, da vmes nekaj manjka,“ je pojasnil Petigura. Raziskovalci so s pomočjo računalniških modelov postopno zoževali možnosti, prelomni trenutek pa je prišel, ko je Livingston z zemeljskim teleskopom ujel dodatni tranzit in določil orbitalno obdobje planeta.
„Bilo je, kot da bi v golfu zadel luknjo iz prve,“ je dejal Petigura. „Časovni razpon je bil tako negotov, da smo pričakovali več neuspelih poskusov.“
Presenetljivo lahki in „napihnjeni“ planeti
Ko so bile orbite natančno določene, je ekipa lahko izmerila mase vseh štirih planetov. Rezultati so presenetili tudi izkušene raziskovalce. Čeprav imajo planeti polmer, ki je pet- do desetkrat večji od Zemljinega, njihova masa presega Zemljino le za pet- do petnajstkrat.
To pomeni, da imajo izjemno nizko gostoto. „So neverjetno lahki, med najmanj gostimi planeti, kar smo jih kdaj izmerili,“ so poudarili raziskovalci. Po njihovih navedbah to potrjuje dolgoletne domneve, da so mladi planeti sprva močno razširjeni in bogati z lahkimi plini, ki jih sčasoma izgubijo.
Trevor David z Inštituta Flatiron je dodal, da gre za prvi neposreden opazovalni dokaz takšne evolucije. „Zdaj imamo konkretne meritve, ki teorije o razvoju planetov spreminjajo v preverljivo realnost,“ je poudaril.
Usoda planetov V1298 Tau
Modeli kažejo, da so planeti v sistemu V1298 Tau že izgubili velik del svojih zunanjih plinskih plasti in da se bo ta proces nadaljeval. „Ti planeti so že doživeli dramatično preobrazbo,“ je poudaril James Owen z Imperial Collegea v Londonu. Po njegovih besedah bodo v naslednjih milijardah let še naprej izgubljali atmosfero, se krčili in se postopno preoblikovali v kompaktne superZemlje in podNeptune.
Na UCLA poudarjajo, da takšna opazovanja zapolnjujejo pomembno vrzel v razumevanju nastanka planetov. Prvič imajo astronomi možnost opazovati, kako se najpogostejši tipi planetov v galaksiji oblikujejo v realnem času, namesto da bi njihov razvoj sklepali zgolj iz končnih, zrelih stanj.
