Planeten WASP-12b er i en dødsspiral, siger videnskabsmænd

Jorden er dødsdømt - men ikke i 5 milliarder år. Vores planet vil blive ristet, når vores sol udvider sig og bliver en rød kæmpe, men exoplaneten WASP-12b, beliggende 600 lysår væk i stjernebilledet Auriga, har mindre end en tusindedel tilbage af den tid:forholdsvis sølle 3 millioner år.

Et Princeton-ledet hold af astrofysikere har vist, at WASP-12b spiraler ind mod sin værtsstjerne, på vej mod en vis ødelæggelse. Deres papir udkommer i den 27. december, 2019, spørgsmålet om Astrofysiske tidsskriftsbreve .

WASP-12b er kendt som en "varm Jupiter, "en kæmpe gasformig planet som vores naboplanet Jupiter, men som er meget tæt på sin egen stjerne, kredser om sin sol på kun 26 timer. (Derimod, vi tager 365 dage at kredse, og endda Merkur, den inderste planet i vores solsystem, tager 88 dage.)

"Lige siden opdagelsen af ​​den første 'varme Jupiter' i 1995 – en opdagelse, der blev anerkendt med dette års Nobelpris i fysik – har vi undret os over, hvor længe sådanne planeter kan overleve, " sagde Joshua Winn, en professor i astrofysiske videnskaber ved Princeton og en af ​​forfatterne til papiret. "Vi var ret sikre på, at de ikke kunne vare evigt. De stærke gravitationsinteraktioner mellem planeten og stjernen skulle få planeten til at spiralere indad og blive ødelagt, men ingen kunne forudsige, hvor lang tid det tager. Det kan være millioner af år, det kan være milliarder eller billioner. Nu hvor vi har målt hastigheden, i mindst et system - det er millioner af år - har vi et nyt fingerpeg om stjernernes opførsel som flydende kroppe."

Problemet er, at når WASP-12b kredser om sin stjerne, de to kroppe udøver tyngdekraft på hinanden, at hæve "tidevand" som havvande, der er rejst af månen på Jorden.

Inde i stjernen, disse tidevandsbølger får stjernen til at blive lidt forvrænget og til at svinge. På grund af friktion, disse bølger slår ned, og svingningerne dør ned, en proces, der gradvist omdanner planetens orbitale energi til varme i stjernen.

Friktionen forbundet med tidevandet udøver også et gravitationsmoment på planeten, får planeten til at spiral indad. Måling af, hvor hurtigt planetens kredsløb krymper, afslører, hvor hurtigt stjernen spreder orbitalenergien, som giver astrofysikere ledetråde om stjerners indre.

"Hvis vi kan finde flere planeter som WASP-12b, hvis kredsløb forfalder, vi vil være i stand til at lære om evolutionen og den endelige skæbne for exoplanetariske systemer, " sagde førsteforfatter Samuel Yee, en kandidatstuderende i astrofysiske videnskaber. "Selvom dette fænomen er blevet forudsagt for tætte gigantiske planeter som WASP-12b tidligere, det er første gang, vi har fanget denne proces i aktion."

En af de første, der kom med den forudsigelse, var Frederic Rasio, Joseph Cummings professor i fysik og astronomi ved Northwestern University, som ikke var involveret i Yee og Winns arbejde. "Vi har alle ventet i næsten 25 år på, at denne effekt blev opdaget observationsmæssigt, " sagde Rasio. "Konsekvenserne af den korte tidsskala målt for orbital henfald er også meget vigtige. Det betyder især, at der skal være mange flere varme Jupitere, der allerede er gået hele vejen. Når de når Roche-grænsen - tidevandsafbrydelsesgrænsen for et objekt i en cirkulær bane - kan deres konvolutter blive strippet, afsløre en stenet kerne, der ligner en superjord (eller måske en mini-Neptun, hvis de kan beholde en smule af deres konvolut)."

Rasio redigerer også Astrofysiske tidsskriftsbreve , journalen, hvori det nye papir optræder. Forskerne havde oprindeligt indsendt deres papir til et mindre prestigefyldt søstertidsskrift, også udgivet af American Astronomical Society, men Rasio omdirigerede det til ApJ Letters på grund af forskningens "særlig store betydning". "En del af mit job er at sikre, at alle større nye opdagelser præsenteret i manuskripter indsendt til AAS Journals overvejes til offentliggørelse i ApJ Letters, " sagde han. "I dette tilfælde var det en no-brainer."

WASP-12b blev opdaget i 2008 gennem transitmetoden, hvor astronomer observerer et lille fald i en stjernes lysstyrke, når planeten passerer foran den, hver gang den fuldfører en bane. Siden dens opdagelse, intervallet mellem på hinanden følgende dyk er forkortet med 29 millisekunder om året - en observation, der først blev bemærket i 2017 af medforfatter Kishore Patra, derefter en bachelor ved Massachusetts Institute of Technology.

Den lille afkortning kunne tyde på, at planetens kredsløb skrumper, men der er andre mulige forklaringer:Hvis WASP-12bs bane er mere oval-formet end cirkulær, for eksempel, de tilsyneladende ændringer i kredsløbsperioden kan være forårsaget af kredsløbets skiftende orientering.

Måden at være sikker på, om banen faktisk forkortes, er at se planeten forsvinde bag sin stjerne, kendt som okkultation. Hvis kredsløbet bare ændrer retning, den faktiske omløbsperiode ændres ikke, så hvis transit sker hurtigere end forventet, okkultationer bør ske langsommere. Men hvis kredsløbet virkelig forfalder, timingen af ​​både transit og okkultationer bør skifte i samme retning.

I løbet af de sidste to år, forskerne har indsamlet flere data, herunder nye okkultationsobservationer foretaget med Spitzer Space Telescope.

"Disse nye data understøtter stærkt scenariet for orbital henfald, giver os mulighed for bestemt at sige, at planeten faktisk er på vej mod sin stjerne, " sagde Yee. "Dette bekræfter de langvarige teoretiske forudsigelser og indirekte data, der tyder på, at varme Jupitere til sidst skulle blive ødelagt gennem denne proces."

Denne opdagelse vil hjælpe teoretikere med at forstå stjernernes indre funktion og fortolke andre data relateret til tidevandsinteraktioner, sagde Winn. "Det fortæller os også om de varme Jupiters levetid, et spor, der kan hjælpe med at kaste lys over dannelsen af ​​disse mærkelige og uventede planeter."