Zderzające się egzoplanety

Obecnie istnieje około 2000 potwierdzonych egzoplanet o promieniu mniejszym, niż 3 promienie Ziemi, a pomiary ich gęstości wykazują zadziwiającą różnorodność. Niektóre mają gęstości niższe niż Neptun, który składa się głównie z substancji lotnych (materiałów mniej gęstych niż metal i skała, ale Neptun jest prawie cztery razy większy od Ziemi), podczas gdy inne wydają się mieć gęstości podobne do skał, tak wysokie jak ziemskie lub wyższe. Tak szeroka gama kompozycji może być efektem różnych warunków początkowych w procesie formowania planety, lub tego, że na planecie dzieje się coś dramatycznego, co w miarę ewolucji zmienia jej właściwości początkowe.

W nowym artykule astronomowie z Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF) – Aldo S. Bonomo i Mario Damasso – oraz astrofizyk z CfA – Li Zeng, wraz z dużym zespołem współpracowników ogłaszają, że w układzie egzoplanetarnym Kepler-107 musiała nastąpić gigantyczna kolizja. Chociaż istnieją pewne dowody obserwacyjne dla procesu kolizyjnego w Układzie Słonecznym, jak dotąd nie było jednoznacznego odkrycia popierającego scenariusz zderzeń wśród egzoplanet.

Astronomowie sądzili, że planety o niskiej gęstości, jak olbrzymy – Jowisz, Saturn, Uran i Neptun – powstają w zimnych lodowych i gazowych zewnętrznych obszarach dysków protoplanetarnych młodych gwiazd, natomiast wewnętrzna strefa tworzy planety z pierwiastków skalistych, takich jak krzemiany i żelazo, których cząsteczki mogą przetrwać w cieplejszym środowisku. Dzisiaj obraz ten stał się bardziej skomplikowany, gdy odkryto setki olbrzymich egzoplanet o małej gęstości, orbitujących wokół swoich gwiazd. W przypadku efektów ewolucyjnych uważa się, że na gęstość planety najprawdopodobniej wpływają dwa procesy: utrata masy z atmosfery i/lub powierzchni planety w skutek odparowania, do którego dochodzi przez promieniowanie gwiazdy macierzystej lub olbrzymie zderzenie między planetami.

Spośród czterech znanych egzoplanet w układzie Kepler-107, dwie najbardziej wewnętrzne mają prawie identyczne promienie – odpowiednio 1,536 i 1,597 promienia Ziemi (niepewność każdego z nich wynosi zaledwie 0,2%). Ich okresy również są podobne i wynoszą odpowiednio 3,18 i 4,9 dni, co oznacza, że krążą stosunkowo blisko siebie. Korzystając ze spektrografu HARPS-N zamontowanym na Telescopio Nazionale Galileo w La Palma, zespół określił masy planet, a więc i ich gęstość. Obserwacje są zaskakujące – ich gęstości są bardzo różne: odpowiednio 5,3 i 12,65 g/cm3. Dla porównania, gęstość wody wynosi 1 g/cm3, a Ziemia ma gęstość 5,5 g/cm3. Faktu, że jedna planeta ma gęstość ponad dwukrotnie większą, niż druga, nie daje się łatwo wytłumaczyć efektami promieniowania gwiazdy, które powinny wpłynąć na obydwa te czynniki w ten sam sposób. Co więcej, zewnętrzna planeta jest gęstsza od wewnętrznej. Astronomowie twierdzą, że zamiast tego, olbrzymie uderzenie w jedną z planet, Kepler-107c (gęstsza planeta), pozbawiło ją części początkowego krzemianowego płaszcza, pozostawiając ją zdominowaną przez gęste żelazne jądro. Wspierają tę hipotezę obliczeniami teoretycznymi.

Li Zeng zauważa: „To jeden z wielu interesujących układów pozasłonecznych, które odkrył i scharakteryzował teleskop Keplera. Odkrycie to potwierdziło wcześniejsze prace teoretyczne sugerujące, że olbrzymie zderzenie pomiędzy planetami odegrało rolę podczas formowania planet. Oczekuje się, że znajdzie więcej takich przykładów.”

Jeżeli w układach planetarnych często występują katastrofalne zakłócenia, astronomowie przewidują znalezienie wiele innych przykładów, takich jak Kepler-107, ponieważ coraz dokładniej określane są gęstości egzoplanet.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
CfA

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.