Ο νέος πλανήτης που ανακαλύφθηκε, ανατρέπει τα αστρονομικά δεδομένα και αψηφά τα καθιερωμένα μοντέλα ταξινόμησης, καθώς διαθέτει μάζα 23 φορές μεγαλύτερη από τη Γη, αλλά ελάχιστα έως καθόλου αέρια στην ατμόσφαιρά του.
Η παραδοξότητα δεν σταματά εκεί. Η νέα «Mega-Γη» διαγράφει μια τροχιά που τον φέρνει σχεδόν πάνω από τους πόλους του άστρου του, ενώ παράλληλα λείπει κάθε ένδειξη για την συνηθισμένη ερμηνεία ενός τέτοιου τροχιακού επιπέδου.
Τώρα που έχουμε ανακαλύψει περισσότερους από 6.000 εξωπλανήτες (πλανήτες που περιφέρονται γύρω από άλλα άστρα), ένα από τα πράγματα που έχουμε μάθει είναι ότι ένας μεγάλος αριθμός από αυτούς βρίσκεται, σε μέγεθος, ανάμεσα στη Γη και τον Ποσειδώνα. Οι περισσότεροι εμπίπτουν σε δύο οικείες κατηγορίες: τις «Υπερ-Γαίες» (Super-Earths), με ακτίνες έως και διπλάσιες από αυτή του δικού μας πλανήτη και παρόμοια ή μεγαλύτερη πυκνότητα, και τους «υπο-Ποσειδώνες» (sub-Neptunes), οι οποίοι είναι μεγαλύτεροι, αλλά περιβάλλονται από ένα κουκούλι αερίου που μειώνει δραστικά την πυκνότητά τους.
Υπάρχουν επίσης πολλά παραδείγματα στα οποία γνωρίζουμε το μέγεθος ή τη μάζα, αλλά όχι και τα δύο, και επομένως δεν μπορούμε να μετρήσουμε την πυκνότητα. Παρόλα αυτά, οι αστρονόμοι συνήθως περιμένουν ότι αυτοί θα εμπέσουν στην μία ή την άλλη κατηγορία με τη λήψη περισσότερων μετρήσεων.
Αντίθετα, έχει ανακαλυφθεί ένας ελάχιστος αριθμός πλανητών με ακτίνες πάνω από το διπλάσιο της Γης, οι οποίοι είναι ωστόσο ακόμη πιο πυκνοί, υποδεικνύοντας έναν τεράστιο μεταλλικό πυρήνα χωρίς πολλά υλικά γύρω του. Ακριβώς στη μέση αυτού του τμήματος ενός διαγράμματος ακτίνας-πυκνότητας βρίσκεται ο νεοανακαλυφθείς εξωπλανήτης GJ 523b, με ακτίνα 2,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης, αλλά περίπου 23 φορές τη μάζα της, γεγονός που τον καθιστά περίπου 50 % πιο πυκνό από τον πλανήτη μας.
Οι λεγόμενες «Mega-Γαίες» αποτελούν πραγματικό γρίφο. Κι αυτό γιατί ένας πλανήτης με τόσο συμπαγή και τεράστιο πυρήνα αναμένεται να συγκρατεί μεγάλες ποσότητες υδρογόνου -το οποίο θα ξέφευγε από τη χαμηλότερη βαρύτητα ενός μικρότερου κόσμου- μεταμορφώνοντάς τον τελικά σε έναν αέριο υπο-Ποσειδώνα.
Ορισμένες Mega-Γαίες περιφέρονται τόσο κοντά στα μητρικά τους άστρα, ώστε εικάζεται πως το υδρογόνο τους υπερθερμάνθηκε και διέφυγε στο διάστημα. Ωστόσο, αυτή η ερμηνεία δεν ταιριάζει στην περίπτωση του GJ 523b. Η περιφορά του διαρκεί μόλις 17,8 ημέρες, αλλά επειδή το άστρο GJ 523 είναι τύπου K (πορτοκαλί νάνος), ο πλανήτης είναι θερμότερος από τη Γη, αλλά σε καμία περίπτωση δεν συγκρίνεται με τους «θερμούς Δίες» -οι οποίοι κυριάρχησαν στις πρώτες ανακαλύψεις εξωπλανητών και κατάφεραν να διατηρήσουν τα αέρια τους υπό πολύ πιο ακραίες συνθήκες.
Επιπλέον, μια ομάδα με επικεφαλής τον μεταπτυχιακό φοιτητή Max Kroft και τον Δρ. Thomas Beatty από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον διαπίστωσε ότι το άστρο GJ 523 ανήκει σε μια ομάδα αστέρων που σχηματίστηκε πριν από 170 εκατομμύρια χρόνια, αφήνοντας ελάχιστο χρόνο για την απογύμνωση της ατμόσφαιράς του.
Ο GJ 523b βρίσκεται επίσης σε μια σχεδόν πολική τροχιά, αντί να περιφέρεται σε ένα επίπεδο ευθυγραμμισμένο με τον ισημερινό του άστρου του, όπως η συντριπτική πλειονότητα των πλανητών. Τέτοιες τροχιές εμφανίζονται συνήθως σε συστήματα με ακόμη μεγαλύτερους πλανήτες, η βαρύτητα των οποίων πιθανότατα εκτόξευσε το μικρότερο σώμα σε πολική τροχιά.
Είναι πιθανό ο GJ 523b να έχει ένα μεγαλύτερο «αδελφό» πλανήτη, αλλά δεν τον έχουμε εντοπίσει ακόμα.
Φωτογραφία: Maxwell Kroft Et Al., CC-By-4.0
Εντοπίζοντας την ανωμαλία
Ο GJ 523b ανακαλύφθηκε αφότου το διαστημικό τηλεσκόπιο TESS παρατήρησε αυξομειώσεις στη φωτεινότητα του άστρου GJ 523 κάθε 17,8 ημέρες. Στη συνέχεια, ο Kroft προχώρησε σε περαιτέρω παρατηρήσεις για να διαπιστώσει αν το άστρο «ταλαντευόταν» σε έναν παρόμοιο κύκλο υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Το TESS ανακαλύπτει πιθανούς πλανήτες με ταχύτερο ρυθμό από αυτόν που μπορούν οι αστρονόμοι να τους επιβεβαιώσουν, οπότε η επιλογή του ποιοι θα επαληθευτούν απαιτεί ιδιαίτερη διαλογή. Στην πραγματικότητα, ο Kroft βρισκόταν σε αναζήτηση «υκεάνιων» (hycean) εξωπλανήτων -γνωστοί και ως κόσμοι από νερό, καθώς καλύπτονται κυρίως από ωκεανούς.
«Επιλέξαμε αυτόν τον πλανήτη με βάση αυτό που υπολογίζαμε ότι ήταν το μέγεθος και η θερμοκρασία του», ανέφερε ο Kroft σε δήλωσή του. «Ένας μεγαλύτερος πλανήτης προκαλεί μεγαλύτερη μείωση της φωτεινότητας, οπότε αποκτούμε μια ιδέα για το μέγεθός του. Με βάση τη συχνότητα αυτής της μείωσης, υπολογίζουμε την απόσταση της τροχιάς του, την οποία χρησιμοποιούμε για να εκτιμήσουμε τη θερμοκρασία του εξωπλανήτη».
Αντί για αυτό, ανακάλυψαν κάτι πολύ πιο πυκνό για να περιέχει σημαντικές ποσότητες νερού. «Πυκνοί πλανήτες όπως αυτός δεν είναι σπάνιοι», είπε ο Kroft, «αλλά συνήθως είναι μικροί, βραχώδεις πλανήτες, παρόμοιοι με τη Γη ή τον Ερμή. Αυτός ο πλανήτης είναι 2,5 φορές μεγαλύτερος από τη Γη».
Δημιουργώντας μια νέα κατηγορία
Η εργασία αυτή βοηθά τουλάχιστον τους αστρονόμους να επιβεβαιώσουν ότι οι «Mega-Γαίες» είναι πραγματικές. «Ένας μεμονωμένος πλανήτης με ασυνήθιστη μάζα θα μπορούσε να είναι μια τυχαία εξαίρεση -και η αρχική Μεγα-Γη, ο Kepler-10c, αποδείχθηκε τέτοια, καθώς η υψηλή του μάζα δεν επιβεβαιώθηκε μετά από επανανάλυση», δήλωσε ο Beatty στο IFLScience.
«Ωστόσο, την τελευταία δεκαετία το δείγμα έχει αυξηθεί σε 13 τέτοιους κόσμους, αριθμός που επαρκεί πλέον για τη διεξαγωγή στατιστικών αναλύσεων», πρόσθεσε. «Ο Max πραγματοποίησε μια ανάλυση ομαδοποίησης σε ολόκληρο τον πληθυσμό των μικρών πλανητών, και αυτοί οι 13 εμπίπτουν εκτός των δύο γνωστών ομάδων εξωπλανητών: είναι πολύ μεγάλοι για να καταταχθούν στις Mega-Γαίες και πολύ πυκνοί για τους υπο-Ποσειδώνες. Επομένως, δεν εφεύραμε εμείς έναν ορισμό για να ταξινομήσουμε τους πλανήτες, οι ίδιοι οι πλανήτες αυτοδιαχωρίστηκαν και η δική μας δουλειά ήταν να καταγράψουμε πού βρίσκονται τα όρια. Ο GJ 523b ήταν αυτός που ώθησε το δείγμα πέρα από αυτό το κατώφλι».
Γιατί είναι τόσο πυκνός;
Μία πιθανή ερμηνεία που προτείνουν ο Kroft, ο Beatty και οι συνσυγγραφείς της μελέτης για την ακραία πυκνότητα είναι ότι ο GJ 523b περιφερόταν κάποτε πολύ πιο κοντά στο άστρο του, με αποτέλεσμα να υπερθερμανθεί και να χάσει το υδρογόνο του. Ωστόσο, παραμένει άγνωστο τι θα μπορούσε να τον υποχρεώσει να μετακινηθεί προς τα έξω, αντί να συνεχίσει την εσωτερική σπειροειδή τροχιά του προς το άστρο.
Μια άλλη πιθανότητα είναι η σύγκρουση δύο πλανητών με μάζα πολλαπλάσια της Γης. Σε μια τέτοια περίπτωση, όχι μόνο κάθε πλανήτης θα είχε συγκρατήσει λιγότερο αέριο από ό,τι το συνδυασμένο σώμα που προέκυψε, αλλά η θερμότητα της πρόσκρουσης θα επέτρεπε σε μεγάλη ποσότητα υδρογόνου να διαφύγει.
Δυστυχώς, είναι αμφίβολο αν θα μάθουμε σύντομα λεπτομέρειες για την ιστορία του GJ 523b με άμεσο τρόπο, αν και μελλοντικές παρατηρήσεις του συστήματος ενδέχεται να αποκαλύψουν την παρουσία ενός μεγαλύτερου πλανήτη που παρεμβαίνει και εξηγεί την ιδιαίτερη τροχιά του.
Η ομάδα εκτιμά ότι αν υπάρχει ένας τέτοιος πλανήτης, θα περιφέρεται υπό οξεία γωνία σε σχέση με τον GJ 523b. Ο Kroft δήλωσε στο IFLScience: «Ένας πλανήτης σε διαφορετικό τροχιακό επίπεδο σχεδόν σίγουρα δεν θα προκαλούσε διάβαση [μπροστά από το άστρο]. Το αν μπορούμε να τον εντοπίσουμε εξαρτάται από το μέγεθός του, τη διάρκεια της τροχιακής του περιόδου και την κλίση της τροχιάς του σε σχέση με την οπτική μας γωνία».
Ευτυχώς, οι παρατηρήσεις ακτινικής ταχύτητας πιθανότατα θα τον εντοπίσουν εάν συνεχιστούν για αρκετό διάστημα. Ο Kroft ελπίζει επίσης ότι η επόμενη δημοσίευση δεδομένων από το τηλεσκόπιο Gaia θα αποκαλύψει μετατοπίσεις στη θέση του άστρου, αρκετά μεγάλες ώστε να επιβεβαιώσουν την επίδραση ενός γιγάντιου πλανήτη.
Ωστόσο, ο Kroft εκτιμά ότι το μυστήριο θα λυθεί κυρίως μέσα από την ανακάλυψη περισσότερων πλανητών αυτού του τύπου.
«Είναι δύσκολο να βγάλεις συμπεράσματα για τη δημιουργία των πλανητών γενικότερα από ένα δείγμα ενός μόλις αντικειμένου», δήλωσε ο Kroft. «Δεν πρόκειται να φτάσουμε τους 10.000 τέτοιους εξαιρετικά πυκνούς πλανήτες, αλλά αν φτάσουμε τους 20 ή 30, ίσως αρχίσουν να διαφαίνονται κάποιες τάσεις – όπως το αν οι βαρύτεροι έχουν μικρότερες τροχιακές περιόδους ή αν τείνουν να μην έχουν συνοδούς πλανήτες».
