Mladi gasoviti džin odbija da otkrije svoje poreklo

Mladi planetarni sistem zvezde Beta Piktoris (skraćeno: Beta Pik), stare 23 miliona godina, smatra se prepoznatljivim cirkumstelarnim prašnjavim diskom koji udomljuje najmanje tri džinovske gasovite planete. Otkrivena još 2008. godine direktnim snimanjem, Beta Pik b je najmasivnija od tih planeta, sa masom od približno 11 puta većom od mase Jupitera. Ona kruži oko svoje matične zvezde po širokoj putanji, a za jednu revoluciju joj je potrebno oko 23 godine, saopštio je Institut za astronomiju Maks Plank.

Astronomi sa Instituta za astronomiju Maks Plank (MPIA) u Hajdelbergu (Nemačka), Opservatorije Azurne obale (OCA) u Nici (Francuska) i drugi, posmatrali su Beta Pik b kako bi istražili poreklo planete i potencijalnu varijabilnost atmosfere pomoću nedavno unapređenog instrumenta GRAVITY+. On je postavljen na Interferometar Veoma velikog teleskopa (VLTI), kojim upravlja Evropska južna opservatorija (ESO) na lokaciji Paranal u Čileu. Antonia fon Štaufenberg, doktorantkinja na MPIA, glavna je autorka studije objavljene u žurnalu Astronomy & Astrophysics.

Preporučujemo

- Interferometrijski instrument GRAVITY+ je veoma stabilan [...], što ga čini jedinstveno sposobnim za karakterizaciju direktno snimljenih egzoplaneta sa visokom preciznošću – rekao je koautor i naučnik MPIA Jonas Zauter.

GRAVITY+ je nadogradnja prvobitnog instrumenta GRAVITY, opremljena poboljšanom adaptivnom optikom.

Tim je primenio metodu predloženu pre nekoliko godina za identifikaciju mesta nastanka planete unutar njenog protoplanetarnog diska. Merenjem odnosa relativne zastupljenosti dve različite verzije ugljenika (C) zarobljenog unutar gasa ugljen-monoksida (CO) u atmosferi Beta Pik b, trebalo bi da bude moguće zaključiti da li je planeta nastala izvan ili unutar regiona u disku gde je ugljen-monoksid bio prisutan u obliku leda. S obzirom na to da zračenje matične zvezde zagreva disk iz njegovog centra, to bi se direktno prevelo u udaljenost od zvezde na kojoj je planeta nastala. Radijus na kojem je temperatura dovoljno niska da gas pretvori u led obično se naziva „linija snega“.

Tehnički izraz za različite oblike jednog elementa, kao što je ugljenik, jeste izotop. Izotopi imaju isti broj pozitivno naelektrisanih protona u jezgru atoma, ali se razlikuju po broju neutralnih neutrona, kao u slučaju dva izotopa ugljenika 12C i13C. Kao posledica toga, oni imaju malo različite mase, ali ispoljavaju slična hemijska svojstva. U svemiru se ugljenik često nalazi u sprezi sa kiseonikom, formirajući molekule 12CO i 13CO.

Zanimljivo je da je u ranijem pokušaju procene dijagnostičkog odnosa između 12CO i nešto težeg 13CO, naučnik MPIA Matje Rave koristio prvobitni instrument GRAVITY pre njegovog unapređenja, što je dalo relativno nizak odnos. Autori su već tada sumnjali da GRAVITY možda nije bio adekvatan za pravilno razrešavanje ključnih signala u ovom skupu podataka i savetovali su oprez pri tumačenju rezultata. Ipak, prateći logiku gore pomenutog scenarija, ta vrednost je sugerisala da je Beta Pik b možda rasla u spoljašnjem delu diska, izvan linije snega, akumulirajući CO led umesto CO gasa.

Međutim, na udaljenosti od oko 10 AJ (astronomska jedinica je prosečna udaljenost između Sunca i Zemlje, tj. 149,6 miliona kilometara) od matične zvezde, Beta Pic b trenutno kruži u delu diska koji se jasno nalazi između zvezde i linije snega, gde je CO trebalo da bude prisutan pretežno kao gas. Pod pretpostavkom da je rezultat bio tačan, ovaj nalaz bi ukazivao na to da je Beta Pic b možda migrirala kroz disk.

Koristeći GRAVITY+, fon Štaufenberg i njeni saradnici su sada izveli ažurirani i precizniji odnos zastupljenosti 12CO/13CO u atmosferi Beta Pik b, koji je značajno viši od ranije vrednosti. Dok je 12CO jasno detektovan i njegov sadržaj je lako odrediti, merenje 13CO zahteva sofisticiraniji pristup. Zanimljivo je da je ovaj odnos u skladu sa vrednošću navedenom u pratećem radu Gonzalesa Pikosa i saradnika (2026), koji su koristili drugačiji instrument. Ovo pokazuje poboljšani kvalitet podataka koji GRAVITY+ pruža u poređenju sa svojim prvobitnim dizajnom. Prethodni rezultat instrumenta GRAVITY bio je jasno pod uticajem sistematskih mernih nesigurnosti.

Osim toga, astronomi su pronašli i suptilne naznake da posmatrani nivoi fluksa koji dolaze sa planete variraju tokom vremena. Uprkos niskoj statističkoj značajnosti, čini se da su dominantne varijacije povezane sa periodom rotacije planete od približno 8,7 sati. Ako je to tačno, ovo bi moglo ukazivati na oblake ili hemijske procese u atmosferi Beta Pik b. Ipak, potrebna su osetljivija posmatranja kako bi se ovaj rezultat potvrdio.

- Sposobnost preciznog određivanja oba izotopologa i potencijalne rotacione varijabilnosti pomoću zemaljskih posmatranja prave planete kao što je Beta Piktoris b pokazuje izuzetan kvalitet podataka postignut sa ažuriranim instrumentom GRAVITY+ - rekla je Antonija fo Štaufenberg.

U predloženoj shemi za otkrivanje mesta nastanka gasnog džina, novi, precizniji odnos zastupljenosti 12CO/13CO jasno pomera Beta Pik b u topliji, unutrašnji deo protoplanetarnog diska, što je u skladu sa trenutnom lokacijom planete. Pored toga, ovaj odnos se široko podudara sa vrednostima koje se obično nalaze u Sunčevom sistemu i međuzvezdanoj sredini (ISM), koja ispunjava prostor između zvezda u Mlečnom putu. Ogromna većina od desetak mladih džinovskih gasovitih planeta čiji je CO odnos ispitan pokazuje slične vrednosti.

Ova doslednost bi zapravo mogla biti loša vest, jer se čini da odnos zastupljenosti izotopa ugljenika ipak nije toliko dijagnostički koristan kada se koristi kao alat za identifikaciju udaljenosti planete od njene matične zvezde. Najverovatnije objašnjenje je da je bilo kakva potencijalna varijacija tokom formiranja planete previše mala da bi bila uhvaćena predloženom metodom. To znači da odnos 12CO/13CO trenutno ne uspeva da bude dovoljno odlučujući da nam kaže bilo šta specifično o pojedinačnim okruženjima u kojima se formiraju planete.

Zbog toga je vrlo verovatno da astronomima nedostaju neki ključni fizički procesi koji upravljaju hemijom CO leda u protoplanetarnim diskovima. Dakle, odnos 12CO/13CO nam možda ipak ne govori mnogo o razlikama između blažih gasovitih okruženja i hladnog carstva ispunjenog CO ledom. Za sada se čini da džinovske gasovite planete na širokim orbitama odbijaju da otkriju svoje poreklo. Potrebni su novi alati koji mogu napraviti razliku između scenarija formiranja planeta, a GRAVITY+ bi mogao igrati ključnu ulogu u njihovom pronalaženju i proceni.

(Telegraf Nauka/Max-Planck-Gesellschaft)