TOI 5205b: suuri kaasujättiläinen haastaa nykyiset teoriat

Tämä kokoluokan planeetta ei kuulu kiertämään näin pientä tähteä. Ja silti TOI 5205b on juuri siellä, pakottaen tähtitieteilijät pohtimaan uudelleen joitakin luotetuimpia käsityksiä siitä, miten maailmat syntyvät.

Outo järjestelmä herätti ensimmäiseksi huomiota, kun tutkijat, jotka seurasivat vaatimattoman kääpiötähden ympäristöä, havaitsivat kaasujättiläisen, joka on suunnilleen Jupiterin kokoinen. Paperilla se ei ehkä kuulosta poikkeukselliselta. Tiedämme jo, että jättiläisplaneetat ovat galaksissa yleisiä. Mutta mittakaava muuttaa kaiken. TOI 5205b on valtava verrattuna sen isäntä­tähteen, kooltaan lähes neljäsosa tähden koosta. Jokaisella kerralla kun se kulkee tuon himmeän punaisen tähden editse, se peittää noin seitsemän prosenttia tähden valosta, tehden siitä yhden syvimmistä koskaan mitatuista eksoplaneetan transiiteista.

Se yksinäänkin olisi tehnyt siitä muistettavan. Juuri tähden ominaisuudet tekevät tilanteesta todella arvoituksellisen. Kääpiötähdet ovat verrattain pieniä, viileitä ja kevyitä verrattuna meidän Auringon kaltaisiin tähtiin. Tämä TOI 5205b:n isäntä tähti on vain noin 40 prosenttia Auringon massasta. Tavanomaisissa planeettojen muodostumismalleissa tällaisella tähdellä ei pitäisi olla tarpeeksi raakaaineita kiekossaan rakentamaan yhtään isoa planeettaa. Siksi tähtitieteilijät alkoivat kutsua TOI 5205b:tä "kielletyksi" planeetaksi, ei dramatisointina, vaan siksi, että tavalliset säännöt näyttävät pettävän tässä tapauksessa.

Nyt mysteeri on syventynyt. James Webb -avaruusteleskoopin avulla tutkijat tarkastelivat planeetan ilmakehää tarkemmin ja löysivät uusia vihjeitä, jotka tekevät tästä erikoisesta maailmasta entistä vaikeammin selitettävän. Tulokset, jotka julkaistiin Astronominen aikakauskirja, viittaavat ilmakehään, jossa on yllättävän vähän raskaampia alkuaineita suhteessa vetyyn. Planeettatieteessä näitä raskaampia alkuaineita, kaikkea vetyä ja heliumia raskaampaa, kutsutaan metallisuudeksi. Tässä tapauksessa TOI 5205b vaikuttaa köyhemmältä näissä aineksissa kuin Jupiter ja Saturnus.

Sillä on merkitystä. Kaasujättiläisen ilmakehän koostumus säilyttää usein jälkiä sen varhaisesta historiasta, vihjaten siitä, missä se muodostui, mitä aineksia oli saatavilla ja miten sen sisäosat kehittyivät ajan mittaan. TOI 5205b ei näytä noudattavan sitä kemiallista kaavaa, jota tähtitieteilijät odottaisivat jättiläisplaneetalta niin pienen tähden kiertoradalla. Vieläkin mielenkiintoisempaa on, että planeetta näyttää omaa tähteään köyhemmältä metallisuuden suhteen, epäsuhta, jolla voi olla merkittäviä seurauksia jättiläisplaneettojen muodostumisteorioille.

Carnegie Sciencen Anjali Piette, joka on työryhmän ensimmäinen tekijä, sanoi, että löydökset voivat muuttaa tutkijoiden käsityksiä jättiläisplaneettojen rakentamisen varhaisvaiheista. Se ei ole liioittelua. Vakiokuvassa nuori tähti on ympäröity pyörivällä protoplanetaarisella kiekolla, joka koostuu jäännösgaasista ja pölystä. Tämän kiekon sisällä materiaali vähitellen kokkaroituu. Kiviplaneetat voivat syntyä tällä tavalla, samoin tulevien kaasujättiläisten kiinteät ytimet. Kun yksi näistä ytimistä saavuttaa kriittisen massan, jota usein arvioidaan noin kymmeneksi kertaa Maan massan, se voi nopeasti vetää puoleensa suuria määriä kaasua ja paisua Jupiterin kaltaiseksi maailmaksi.

Mutta juju on tässä: pienen kääpiötähden ympärillä rakennusmateriaalia pitäisi olla vähemmän. Tämän kriittisen ytimen saavuttaminen pitäisi olla paljon vaikeampaa. Joten miten TOI 5205b onnistui siinä? Kysymys on yhä avoin.

Uudet Webb-havainnot vihjaavat, että vastaus saattaa piillä planeetan sisäosissa. Yksi mahdollisuus on, että raskaammat alkuaineet siirtyivät sisempiin kerroksiin planeetan muodostuessa, jättäen sen ylemmän ilmakehän suhteellisen köyhäksi metalleissa samalla kun sisus rikastui. Jos ilmakehä ja syvemmät kerrokset eivät enää sekoitu tehokkaasti, planeetta voi säilyttää tämän epätavallisen kemiallisen jaon hyvin pitkään. Työryhmän jäsen Shubham Kanodia huomautti, että aineisto saattaa viitata hiilipitoiseen mutta happirikkauden suhteen köyhään ilmakehään, mikä on jälleen merkki siitä, että tämä maailma on saattanut muodostua hyvin eri tavalla kuin oman aurinkokuntamme kaasujättiläiset.

Juuri siksi TOI 5205b on niin kiehtova. Se ei ole vain erikoinen eksoplaneetta. Se on testi planeettatieteelle. Joka kerta kun tähtitieteilijät löytävät olemassaolon, jota nykyiset mallit eivät osaa ennustaa, he saavat mahdollisuuden huomata, että luonto on kekseliäämpää kuin mallit, jotka on rakennettu sen kuvaamiseksi. Ja nyt kun Webb paljastaa etäplaneettojen ilmakehiä ennennäkemättömällä tarkkuudella, maailmankaikkeus saattaa pian paljastaa meille monia lisää niin kutsuttuja "kiellettyjä" maailmoja.