Dwie zupełnie różne planety krążą wokół tej samej czerwonej karłowatej gwiazdy

Układ TOI-1752, oddalony od Ziemi o około 337 lat świetlnych, został potwierdzony jako system dwóch planet krążących wokół czerwonego karła typu M1V. Wewnętrzna TOI-1752 b to niewielki świat na ekstremalnie krótkiej orbicie, natomiast zewnętrzna TOI-1752 c jest większym pod-Neptunem, którego 32,7-dniowa orbita znajduje się w obszarze określanym jako optymistyczna strefa zamieszkiwalna. 9111213

To ostatnie określenie wymaga jednak ostrożności. Strefa zamieszkiwalna opisuje zakres ogrzewania przez gwiazdę, w którym przy określonych założeniach dotyczących atmosfery mogłaby istnieć ciekła woda na powierzchni. Nie jest dowodem na obecność wody, odpowiednich warunków powierzchniowych ani życia.

Jak potwierdzono obie planety

Transiting Exoplanet Survey Satellite, czyli TESS — należący do NASA teleskop kosmiczny do poszukiwania planet pozasłonecznych — rejestruje regularne spadki jasności gwiazdy, gdy planeta przechodzi na tle jej tarczy. Takie tranzyty wskazują kandydatów, ale same w sobie nie zawsze wystarczają do potwierdzenia planety. Podobny sygnał może na przykład powodować zaćmieniowy układ podwójny.

Jedną z metod weryfikacji są wielobarwne obserwacje fotometryczne. Jeśli spadek jasności zachowuje się zgodnie z przewidywaniami dla planety przechodzącej przed badaną gwiazdą, można ograniczyć ryzyko tzw. fałszywego alarmu. 1

Badania prowadzone przez Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) połączyły dane TESS z obserwacjami naziemnymi. W ramach dalszych pomiarów wykorzystano między innymi instrument MuSCAT2 zamontowany na teleskopie Carlos Sánchez w Obserwatorium Teide na Teneryfie. 1112

Analiza potwierdziła, że oba obiekty są planetami. Opublikowana praca przedstawia TOI-1752 b i TOI-1752 c jako dwie niewielkie planety tranzytujące na tle pobliskiego czerwonego karła oraz podaje ich promienie i okresy orbitalne. 13

TOI-1752 b: kandydat na „świat lawy”

TOI-1752 b ma promień około 1,69 razy większy od promienia Ziemi i wykonuje pełny obieg w przybliżeniu w 0,94 dnia. NASA Exoplanet Archive klasyfikuje ją jako potwierdzoną planetę tranzytującą. 5

Tak krótki okres oznacza, że planeta znajduje się niezwykle blisko swojej czerwonej karłowatej gwiazdy. Otrzymuje przez to bardzo intensywne promieniowanie, dlatego w publikacji i materiałach opisujących badanie pojawia się określenie „świat lawy”. Należy je rozumieć jako opis modelowanych, wyjątkowo gorących warunków, a nie jako bezpośrednią obserwację stopionej skały na powierzchni. 513

Pod względem promienia TOI-1752 b zalicza się do super-Ziemi. Nie oznacza to jednak, że przypomina Ziemię pod względem temperatury, atmosfery czy warunków na powierzchni. Termin ten wskazuje przede wszystkim, że jest większa od Ziemi, ale mniejsza od planet podobnych do Neptuna.

TOI-1752 c: pod-Neptun o promieniu 2,29 Ziemi

TOI-1752 c jest zewnętrzną planetą układu. NASA opisuje ją jako egzoplanetę podobną do Neptuna. Jej masa wynosi 5,86 masy Ziemi, promień około 0,204 promienia Jowisza — czyli mniej więcej 2,29 promienia Ziemi — a okres obiegu to 32,7 dnia. Planeta znajduje się w odległości 0,1614 jednostki astronomicznej od swojej gwiazdy. 2

Badanie podaje dokładniejszy okres orbitalny wynoszący 32,7144 dnia oraz promień 2,29 promienia Ziemi, zgodne z wartościami w katalogu NASA. 213 Rozmiar plasuje TOI-1752 c pomiędzy Ziemią a Neptunem, ale sam promień nie pozwala ustalić, czy planeta ma skalistą powierzchnię, rozległą otoczkę bogatą w wodór, warstwy wody pod wysokim ciśnieniem czy inną budowę wewnętrzną.

W doniesieniach medialnych pojawiały się informacje, że planeta otrzymuje mniej więcej tyle promieniowania co Ziemia, a jej szacowana temperatura równowagowa wynosi około 18–20°C. Są to raportowane wartości szacunkowe, a nie dowód na istnienie łagodnej, ziemiopodobnej powierzchni. 10

Dlaczego „strefa zamieszkiwalna” nie oznacza życia

Planetę zalicza się do strefy zamieszkiwalnej, gdy jej odległość od gwiazdy może — przy odpowiednich warunkach atmosferycznych — umożliwiać istnienie ciekłej wody na powierzchni. Taka klasyfikacja nie potwierdza, że te warunki rzeczywiście występują.

W przypadku pod-Neptuna, takiego jak TOI-1752 c, szczególne znaczenie ma atmosfera i budowa wnętrza. Gruba otoczka lotnych związków mogłaby powodować ciśnienie i temperatury bardzo różne od ziemskich, nawet jeśli planeta otrzymuje podobną ilość energii od swojej gwiazdy. Na faktyczne warunki wpływałyby także skład atmosfery, chmury, cyrkulacja oraz to, czy pod atmosferą znajduje się wyraźna stała powierzchnia.

W dostępnych materiałach nie ma potwierdzenia biosygnatur ani dowodów na życie na TOI-1752 c. Aby ustalić, czy planeta ma atmosferę i z czego się ona składa, potrzebne będą dalsze obserwacje, w tym spektroskopia tranzytowa. Pozwala ona analizować niewielki sygnał atmosfery planety na tle znacznie jaśniejszego światła jej gwiazdy.

Porównanie z K2-18 b

TOI-1752 c przypomina pod pewnymi względami K2-18 b. Obie są tranzytującymi pod-Neptunami krążącymi wokół czerwonych karłów i mają podobne, wynoszące około 33 dni, okresy orbitalne. Według NASA Exoplanet Archive K2-18 b obiega swoją gwiazdę w 32,94 dnia i ma promień około 2,37 promienia Ziemi. 3

To porównanie jest użyteczne, ale nie oznacza, że obie planety są takie same. Zbliżony rozmiar i okres obiegu nie gwarantują podobnej masy, atmosfery, zachmurzenia ani składu wnętrza. Wartość układu TOI-1752 polega dodatkowo na tym, że jego wewnętrzna i zewnętrzna planeta tworzą kontrastową parę krążącą wokół tej samej gwiazdy.

Naturalne laboratorium do badań planet

Obie planety znajdują się w skrajnie różnych środowiskach. TOI-1752 b obiega gwiazdę w mniej niż dobę, podczas gdy TOI-1752 c potrzebuje na to niemal 33 dni. Badanie ich razem może pomóc naukowcom zrozumieć, jak powstają i migrują planety, w jaki sposób intensywne promieniowanie gwiazdy usuwa lub zmienia atmosfery oraz jak promień planety wiąże się z jej budową wewnętrzną.

Praca została opublikowana w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1213 Szczególnie cenne byłyby dalsze pomiary masy i atmosfery TOI-1752 c. Mogłyby pomóc rozstrzygnąć, czy jest to bogaty w gaz pod-Neptun, świat z dużą zawartością wody czy inny typ planety pośredniej między Ziemią a Neptunem — a także pokazać, jak niewiele można wywnioskować z samego faktu, że planeta krąży w strefie zamieszkiwalnej.