Šešios mažos planetos, besisukančios aplink Saulės tipo žvaigždę, stebina astronomus

Danielis Fabrickis (Daniel Fabrycky), astronomas, vadovavęs tyrimams, sako, kad naujai atrasta planetų sistema yra labai įdomi ir verta detalių tyrimų, tačiau taip pat svarbus yra naujas planetų masių nustatymo metodas. Šis mokslininkas kartu su Džeku Lisaueriu (Jack Lissauer), mokslininku iš NASA Ames tyrimų centro, yra pagrindiniai vasario 3 dieną žurnale „Nature“ pasirodžiusio straipsnio apie Kepler 11 planetų sistemą autoriai.

Kepler 11 sistemos penkių vidinių planetų masės yra nuo 2.3 iki 13.5 Žemės masių. Jų orbitiniai periodai mažesni nei 50 dienų. Tai reiškia, kad šių penkių planetų orbitos tilptų Merkurijaus orbitoje. Šeštoji planeta yra didesnė ir yra toliau nuo žvaigždės. Jos orbitinis periodas – 118 dienos, masė kol kas nenustatyta.

„Masyviausia iš naujai atrastų planetų yra maždaug Neptūno ar Urano dydžio, tačiau trys mažiausios planetos neturi atitikmenų Saulės sistemoje“, – sako Džonatanas Fortnei (Jonathan Fortney), Kalifornijos universiteto profesoriaus asistentas. Šis astronomas kartu su to paties universiteto studentais Eriku Lopezu (Eric Lopez) ir Neile Miler (Neil Miller) analizavo planetų struktūrą ir sudėtį. Keplerio kosminis teleskopas planetas užfiksuoja tada, kai jos pereina per savo žvaigždės diską, sukeldamos žvaigždės šviesio sumažėjimą, detektuojamą jautraus teleskopo fotometro. Šviesio pokyčio dydis nusako planetos dydį, laikas tarp planetos tranzitų – orbitinį periodą. Kad nustatytų planetų mases, Fabrickis analizavo smulkių orbitinių periodų pokyčius, sukeltus gravitacinės sąveikos tarp planetų. Mokslininkas pamatė, kad laikas tarp planetų tranzitų nėra visiškai periodiškas, o tai rodo, kad planetos sąveikauja gravitaciškai. Buvo sukurtas orbitinės dinamikos modelis, kurio pagalba nustatytos planetų masės bei faktas, jog tokios orbitos gali egzistuoti milijonus metų.

Ankstesni planetų, kertančių žvaigždžių diskus (tranzitinių planetų), stebėjimai buvo papildomi antžeminių teleskopų stebėjimais, kurių pagalba buvo patvirtinamas planetos egzistavimas ir Doplerio spektroskopijos metodu nustatoma planetos masė. Metodo esmė – žvaigždės judėjimo, sukelto gravitacinės sąveikos tarp žvaigždės ir planetos, matavimas. Kepler 11 atveju to padaryti neįmanoma, nes planetų įtaka per maža, o žvaigždė yra per toli (atstumas ~2000 šviesmečių). Vietoje to pasitelkiama orbitinė dinamika tam, kad būtų išmatuotos planetų masės.

Anksčiau Keplerio ir kitais teleskopais stebėta daugiau nei 100 tranzitinių planetų, kurių dauguma buvo Jupiterio tipo dujiniai milžinai besisukantys poroje su žvaigžde. Tuo tarpu Kepler 11 sistema yra įspūdinga planetų skaičiumi, dydžiu ir artimomis žvaigždei orbitomis. Iki šiol astronomai sugebėjo nustatyti planetų dydžius ir mases tik trims egzoplanetoms, mažesnėms nei Neptūnas. Dabar vienos planetinės sistemos dėka šis skaičius išaugo iki aštuonių. Šeštoji Kelper 11 planeta yra per toli nuo likusių penkių ir orbitinių trikdžių metodas negali būti taikomas. Kaip ir Saulės sistemos atvejų, Kepler 11 planetos sukasi beveik toje pačioje plokštumoje. Šis atradimas paremia idėją, jog planetos susiformuoja iš plokščių dujų ir dulkių diskų, kurie sukasi aplink žvaigždę. Susiformavus planetoms, jų orbitos išlieka buvusio dulkių disko plokštumoje.

Planetų tankis, gautas iš masės ir spindulio sąryšio, gali padėti išsiaiškinti planetų sudėtį. Visų šešių planetų tankis mažesnis nei Žemės. „Atrodo, kad didžiausią dviejų vidinių planetų masės dalį sudaro vanduo, su galimai egzistuojančia plona vandenilio ir helio atmosfera. Toliausia nuo žvaigždės esančių planetų tankis mažesnis nei vandens, todėl greičiausiai jų vandenilio ir helio atmosferos yra storesnės“, – sako Fortnei. Šie faktai šiek tiek stebina, nes sunku įsivaizduoti, kaip maža ir karšta planeta galėtų išlaikyti plonytę atmosferą. „Šios planetos yra karštos, nes sukasi labai arti savo žvaigždės. Kuo karštesnis kūnas, tuo didesnės gravitacijos jėgos reikia tam, kad išliktų atmosfera. Aš ir mano studentai vis dar nagrinėjame šį klausimą, tačiau mes spėjame, kad visos šios planetos susiformavo su daug tankesnėmis vandenilio ir helio atmosferomis, kurios laikui bėgant  pamažu nyko, o tai, ką mes dabar matome, yra tik atmosferų likučiai“, – sako Fortnei.

Ši šešių planetų sistema įgalina mokslininkus palyginti tos pačios sistemos planetas tarpusavyje. Tai leidžia tyrinėti visos planetų sistemos evoliuciją. Visa planetų susiformavimo ir evoliucijos teorija yra paremta Saulės sistema, todėl Kepler 11 atradimo faktas yra labai svarbus teorijos pagrindimo ir vystymo atžvilgiu. Mažų planetų su vandenilio ir helio egzistavimu rodo, kad sistema susiformavo sąlyginai labai greitai. Ištirta, kad planetų diskai vandenilio ir helio netenka maždaug per 5 milijonus metų, taigi šis faktas rodo planetų formavimosi greitį. Taip pat svarbios ir vidinių planetų orbitos, kurios yra taip arti viena kitos, kad nepanašu, jog ten planetos ir būtų susiformavusios. Nors kelios iš jų turėjo ten atskrieti iš kitur. Mat jei planeta yra apsupta dujų disko, pastarasis stabdo planetą ir jį spirale keliauja centro link. Taigi manoma, kad tuo pačiu metu Kepler 11 sistemoje vyko ir planetų formavimasis, ir planetų migracija.