Erittäin kevyet kaasuplaneetat TOI-791 b ja c löydetty

Kuvittele Jupiterin kokoinen planeetta, joka tuskin painaisi enempää kuin keittiösieni. Tämä ei ole enää pelkkä ajatuskoe. Astronomit ovat tunnistaneet kaksi kaasujättiläistä, TOI-791 b ja TOI-791 c, joiden keskitiheydet ovat niin alhaiset, että ne haastavat tavalliset kotitalousvertaukset: kummankin tiheys on pienempi kuin vaahtokarkin.

Kuinka kevyt jättiläisplaneetta voi olla?

Nämä sisarukset kiertävät noin 1 110 valovuoden päässä olevaa tähteä ja haastavat käsityksemme siitä, mitä planeetta voi olla. TOI-791 b:n keskitiheys on noin 0,038 grammaa kuutiosenttimetriltä; TOI-791 c:n noin 0,047 g/cm3. Kontekstiksi: tavallisen vaahtokarkin tiheys on noin 0,05 g/cm3, Jupiter on 28–35 kertaa tiheämpi kuin nämä maailmat ja Maan tiheys on noin 5,5 g/cm3. Oxfordin yliopiston tutkijat vertasivat planeettojen kokoa vastikään vaahdotettuun parranajovaahtoon, sillä ne ovat tilavia ja ilmavia.

Nämä eivät ole pieniä poikkeamia. Lähes 6 300 vahvistetun eksoplaneetan joukossa alle 40 kuuluu äärimmäiseen, 'pullistuneeseen' luokkaan, johon TOI-791 b ja c kuuluvat. Juuri tämä harvinaisuus tekee löydöstä merkittävän: se tarjoaa laboratorioympäristön planeettojen laajentumisen, ilmakehien koostumuksen ja muodostusfysiikan tutkimukselle kylmissä järjestelmän osissa.

Pitkistä Etelänavan öistä tarkkoihin tiheyksiin

Löytö yhdisti Nasan TESS-luotaimen tiedot ja Etelänavalla sijaitsevilta teleskoopeilta tehdyt maa-havainnot. Etelänavan talvi tarjosi havaintoedun: pitkät, keskeytymättömät yöt antoivat astronomeille mahdollisuuden tallentaa noin 11 tuntia kestäviä täydellisiä transitteja ilman päivänvalon katkaisuja. Mittaamalla tarkasti näiden pitkien transitien ajoitusta ja muotoa tiimi päätteli planeettojen koot ja, yhdistettynä massan rajoituksiin, johdatteli hämmästyttäviin alhaisiin tiheyksiin.

Nämä kaksi planeettaa osoittavat myös dynaamista läheisyyttä. Ne ovat 5:3-orbitaalisessa resonanssissa, mikä tarkoittaa, että sisempi planeetta kiertää viisi kertaa samalla kun ulompi suorittaa kolme kierrosta. Tällaiset resonanssit tarjoavat vihjeitä migraatiohistoriasta ja gravitaatiovuorovaikutuksista, jotka muokkaavat järjestelmää ajan myötä.

• Nimet: TOI-791 b ja TOI-791 c
• Etäisyys: ~1 110 valovuotta
• Tiheys: 0,038 ja 0,047 g/cm3
• Resonanssi: 5:3 kiertosuhde

Vety ja helium ovat todennäköisimmät näiden pulleiden kaasukehien pääkomponentit. Jos niiden ytimet ovat pieniä ja raskaiden alkuaineiden osuus vähäinen, tuloksena on vähämassainen, laajentunut ilmakehä, joka kasvattaa planeetan säteen mutta lisää vain vähän sen kokonaismassaansa.

Miksi tämä on tärkeää planeettatieteelle? Koska ääripäät testaavat teorioita. Planeettojen muodostumisen ja ilmakehien kehityksen mallit on sovitettava siihen, miten tällaiset turvonneet kaasukehät voivat syntyä ja säilyä. Ovatko nämä planeetat jäänteitä, jotka muodostuivat kaukana tähdestään alueilla, joissa kaasut tiivistyvät ja pysyvät keveinä? Vai ovatko ne migroituneet lähemmäs ja säilyttäneet epätavallisen massiivisen, alhaistiheyksisen ilmakehän? Vastaus tarkentaa laajempaa ymmärrystämme kaasujättiläisten muodostumisesta ja ilmakehän menetyksen mekanismeista.

Seurantahavainnot ovat jo suunnitteilla. James Webb -avaruusteleskooppi kohdistaa havaintojaan näihin maailmoihin etsiessään hiiltä, typpeä ja happea sisältävien molekyylien spektrimerkkejä. Tällaiset löydökset tai niiden puute kaventavat mahdollisten muodostumisreittien vaihtoehtoja.

TOI-791 b:n ja c:n kaltaiset havainnot muuttavat tapaa, jolla astronomit luokittelevat planeettajärjestelmien monimuotoisuutta. Ne muistuttavat meitä siitä, että luonto tuottaa yhä odottamattomia ja opettavaisia kokoonpanoja, ja että huolellinen havainnointi, erityisesti ainutlaatuisista paikoista kuten Etelänavan tasangolta, tuottaa edelleen tieteellistä hyötyä.