Exoplanet fanget i 'hårnålesving' signalerer, hvordan gasgiganter med høj masse dannes

En nyopdaget fremmed verden, der hvirvler i en "hårnålesving"-kredsløb, tilbyder planetjægere et sæde ved ringside til en sjældent skimt fase af gigantisk planetdannelse.

Ved navn TOI 5205b er gasgiganten på størrelse med Neptun på en vildt excentrisk sti omkring en sollignende stjerne, der svinger fra en afstand på 60 millioner miles (100 millioner km) til 200 millioner miles (320 millioner km) væk hver 111. dag.

Denne meget aflange bane og planetens relativt lave masse på omkring 38 jordmasser hjælper astronomer med at kaste lys over den dårligt forståede ungdomsår i gasgiganternes liv. Især TOI 5205bs mærkelige kredsløb antyder, at planetens dannelse blev afbrudt, muligvis af et møde med en anden gigantisk planet i dens system, som spredte den voksende planets stenede kerne og forstyrrede ophobningen af ​​gas fra dens fødselsskive.

"Dette er en af ​​de mest ekstreme kæmpeplaneter, vi har set til dato," sagde astronom Jessica Libby-Roberts fra University of Texas i Austin, hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters.

"Det er et meget udfordrende objekt at passe ind i vores nuværende modeller af, hvordan gasgiganter dannes og udvikler sig."

Som navnet antyder, opdagede Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)-missionen oprindeligt TOI 5205b i 2021. Mens han undersøgte lyskurver fra denne rumbaserede jæger af små dyk i en stjernes lysstyrke forårsaget af kredsende exoplaneter, bemærkede Libby-Roberts, at planetens transitter var for korte og placeret mærkeligt langt fra hinanden i betragtning af systemets estimerede omløbsperiode.

"I den TESS-alarm, vi fik, stod der, at perioden var omkring 20 dage eller noget, og med det samme virkede det ikke rigtigt, bare ved at se på lyskurverne," sagde Libby-Roberts. "De så meget mere konsistente ud med en periode på omkring 111 dage, så det fik mig ophidset."

Opfølgende jordbaserede observationer indsamlet af Libby-Roberts og kolleger ved hjælp af højopløsningsspektrografer, som studerer et objekts absorption og emission af lys, bekræftede systemets sande omløbsperiode. Disse målinger forfinede også planetens masse, hvilket er vigtigt for at forstå dens tæthed, sammen med andre spor til TOI 5205bs evolutionære vej.

Aktuelle teorier tyder på, at gigantiske gasplaneter som Jupiter eller Saturn dannes fra ophobninger af is, støv og organiske molekyler i de kolde områder af en protoplanetarisk skive - den roterende plade af materiale, der omgiver en ung stjerne, og hvorfra planeter er født.

Når først den faste kerne bygger op til omkring 10 gange Jordens masse, bliver den massiv nok til at tiltrække en hævet kappe af gas fra dens omgivelser. Jo mere massiv gaskappen bliver, jo mere gas tiltrækker den gennem tyngdekraften. Denne løbske proces er det, der tillader nogle planeter at vokse til kæmper.

Da TOI 5205b's estimerede alder er cirka 100 millioner år, giver den videnskabsmænd mulighed for direkte at studere denne "løbske gasophobning"-proces og undersøge betingelserne for en gigantisk planets ungdomsår.

TOI 5205b's ulige kredsløb udgør dog en udfordring for simple kernetilvækstscenarier, som forudsiger jævne, næsten cirkulære kredsløb. Astronomer tror, ​​at møder mellem gigantiske planeter kan være en almindelig begivenhed under exoplanetdannelse, hvilket påvirker deres udvikling og ændrer deres kredsløbsbaner. I tilfældet med TOI 5205b tyder simuleringer på, at planeten sandsynligvis startede på en ret cirkulær bane, men oplevede et tæt møde med en anden gigantisk planet i systemet for omkring 10 millioner år siden.

Denne tyngdekraftsinteraktion spredte TOI 5205b's stenede kerne betydeligt og forstyrrede planetens glatte gasophobning, hvilket resulterede i dens lavere masse og excentriske kredsløb.

"Jeg har tænkt så meget over dette system, og jeg har så mange flere spørgsmål," sagde Libby-Roberts. "Jeg ser virkelig frem til fremtidige undersøgelser for at forstå mere om systemets dynamik og historie, og hvordan det endte med denne meget excentriske bane."

Libby-Roberts og kolleger planlægger at lede efter yderligere planeter i systemet og observere TOI 5205b i andre bølgelængder, såsom infrarød, for bedre at forstå planetens atmosfære, sammensætning og mængden af ​​stjernelys, den reflekterer.