Po raz pierwszy w historii, naukowcom udało się uchwycić obrazy wielu planet wirujących wokół innej gwiazdy podobnej do Słońca. Jednak pomimo podobieństwa jej gwiezdnego gospodarza do naszego własnego, migawki tego systemu planetarnego ujawniają, że nie jest to miejsce jak dom.
Nazywana TYC 8998-760-1 i znajdująca się około 300 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Musca, gwiazda jest podobna do Słońca pod względem masy. Jej dwie znane planety, jednakże, są wyraźnie obce – orbitują wokół swojej gwiazdy w odległości około 160 i 320 razy większej niż odległość Ziemia-Słońce, odpowiednio (rozpiętości, które są około cztery i osiem razy większe niż separacja Plutona od naszego Słońca). Oba światy są ogromnych rozmiarów w porównaniu z czymkolwiek w naszym Układzie Słonecznym. Najbardziej zewnętrzna planeta jest około sześć razy cięższa od Jowisza, a wewnętrzna ma masę 14 razy większą od masy Jowisza. Każdy ze światów pojawia się jako mała kropka wokół gwiazdy na obrazach wykonanych przez Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research instrument, lub SPHERE, który działa na Bardzo Dużym Teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego w północnym Chile. The findings are detailed in a study published on July 22 in the Astrophysical Journal Letters.
„The really fascinating thing about this work is that continues to add to the vast diversity of what systems and planet are out there, orbiting all sorts of stars,” says Rebecca Oppenheimer, an astrophysicist at the American Museum of Natural History in New York City, who was not involved with the study. „Nie ma jednej 'architektury’ dla systemu planetarnego.”
Nowe badania oznaczają tylko trzeci raz, kiedy naukowcom udało się sfotografować – lub „bezpośrednio zobrazować”- wiele światów orbitujących wokół jednej gwiazdy. Jednak te wcześniej obserwowane układy krążyły wokół gwiazd znacznie cięższych lub lżejszych od Słońca, co czyni je mniej porównywalnymi do naszego Układu Słonecznego. Bezpośrednie obrazowanie pozostaje rzadkością w badaniach światów spoza naszego planetarnego sąsiedztwa. Zdecydowana większość egzoplanet w katalogach astronomów znana jest wyłącznie za pomocą bardziej pośrednich środków: zdradzają one swoją obecność i najbardziej podstawowe własności – masę, rozmiar i orbitę – poprzez okresowe przyciąganie się do swoich gwiazd-gospodarzy, lub ich sylwetek widzianych z Ziemi. Bezpośrednie obrazowanie egzoplanet jest ważne, mówi prowadzący badania Alexander Bohn, astrofizyk z Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii, ponieważ „odbierając światło od planet, możemy lepiej scharakteryzować ich atmosferę, zawartość pierwiastków w atmosferze oraz skład”. Ta informacja, z kolei, pozwala naukowcom na bardziej wykształcone przypuszczenia na temat tego, co obcy świat warunki środowiskowe mogą być – i czy może, jak Ziemia, harbor life.
No nikt nie rozważa życia na żadnym z dwóch nowo obrazowanych światów, jednak. Oprócz tego, że są nadętymi gazowymi olbrzymami na chłodnych orbitach bez znaczących powierzchni, na których mogłyby zamieszkać organizmy, one i ich gwiazda są dużo młodsze niż nasze Słońce i planety wokół niego. „Sam system ma 17 milionów lat,” mówi Bohn. „A nasz układ słoneczny ma 4,5 miliarda lat .” Nawet jeśli posiadałyby warunki nadające się do zamieszkania, względnie nowonarodzony status każdego ze światów nie oferowałby wiele czasu na powstanie biologii z kaprysów chemii. I chociaż rozmiar i młodość planet czyni je kiepskimi kandydatami do życia w znanej nam postaci, to właśnie te właściwości sprawiają, że astronomowie mogą je obecnie w ogóle zobaczyć, ze względu na silną podczerwoną poświatę, którą emitują jako pozostałość energii z ich formowania się. Mniejsze, starsze i bardziej czyste światy, które znajdują się bliżej swoich gwiazd, pozostają poza zasięgiem obecnych urządzeń do obrazowania planet. Jednak w końcu mogą zostać odkryte przez potężniejsze instrumenty na ogromnych teleskopach. Już teraz trzy ekstremalnie duże teleskopy (ELT) – naziemne obserwatoria z lustrami o średnicy 30 metrów – zbliżają się do końcowego etapu rozwoju. Astronomowie energicznie lobbują, aby NASA lub inne agencje kosmiczne uruchomiły w nadchodzących dekadach jeszcze ambitniejsze teleskopy kosmiczne do obrazowania planet.
Mimo to, „jesteśmy niewiarygodnie daleko od robienia zdjęć planetom wielkości Ziemi”, mówi Bruce Macintosh, astrofizyk z Uniwersytetu Stanforda i główny badacz Gemini Planet Imager – innego instrumentu, który wraz z SPHERE reprezentuje stan techniki w robieniu zdjęć egzoplanetarnych. „Przy obecnej technologii możemy zobaczyć planetę, która jest około milion razy bledsza od gwiazdy. To jest niesamowite. Ale nawet Jowisz – największy świat w naszym Układzie Słonecznym – jest miliard razy bledszy od Słońca.”
Czy docelowa planeta obok jasnej gwiazdy jest gigantycznym gazowym orbem, czy bardziej podobną do Ziemi skałą, Bohn mówi, że obserwowanie jej jest jak oglądanie „ognika tuż obok latarni morskiej, która jest może metr dalej. Chcesz zobaczyć tego malutkiego ognika, a jesteś 500 kilometrów od niego. To jest w zasadzie wyzwanie, z którym mamy do czynienia”. Aby zebrać niezwykle słabe światło świata, w porównaniu z jego gwiazdą, SPHERE i większość innych instrumentów obrazujących planety używa urządzenia zwanego koronagrafem, który blokuje prawie całe światło gwiazdy – skutecznie przyciemniając blask z „latarni” tak, że pobliskie planetarne „ogniki” mogą być widoczne.
Poza bardziej zniuansowanymi szczegółami danego świata, takie obrazy mogą ujawnić inne cuda – i podnieść nowe ważne tajemnice – które trafiają do serca teoretyków wciąż rodzącego się zrozumienia, jak dokładnie powstają i ewoluują systemy planetarne. W nowo zobrazowanym układzie „obie planety uformowały się wokół tej samej gwiazdy i są w tym samym wieku, ale jedna z nich jest dwa razy masywniejsza od drugiej” – mówi Macintosh, który nie brał udziału w badaniach. „Porównanie ich właściwości pomoże nam zobaczyć, jak masy planet wpływają na ich ewolucję”. Ponadto, dodaje, kolejne obrazy układu mogą ujawnić więcej o orbitach planet – a nawet o obecności jeszcze niewidzianych światów. „Czy są one ustawione w ten sam sposób, w jaki ustawione są orbity planet w naszym układzie słonecznym? Czy są one okrągłe?” pyta Macintosh. Poznanie odpowiedzi na takie pytania mogłoby pokazać, czy planety te uformowały się w ten sam sposób, co światy wokół naszego Słońca, czy też poprzez jakiś inny proces – a tym samym dostarczyć kolejnej wskazówki, czy planety i systemy takie jak nasz są powszechne czy rzadkie.