Światy jak z waty. Tajemnica superlekkich egzoplanet

Ezgoplanety lekkie jak puch, często porównywane do waty cukrowej, zaskoczyły badaczy. Od kilku lat odkrywane są kolejne dziwnie superlekkie światy. Niedawno astronomowie odkryli rekordowo wielkie porcje kosmicznej waty cukrowej ponad tysiąc lat świetlnych od Ziemi. Odkrywca tych ostatnich ma dla nich własną analogię.

Gęstość tych dwóch planet jest porównywalna z gęstością porcji pianki do golenia - powiedziała Georgina Dransfield z Uniwersytetu Oksfordzkiego, która wraz ze swoim zespołem opublikowała wyniki badań na ten temat w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Odkrycie oparte jest na danych z misji TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) zainicjowanej przez NASA w 2018 roku. To na ich podstawie naukowcy obliczyli, że te planety wielkości Jowisza, nazwane TOI-791 b i TOI-791 c, są nie tylko największymi w tej kategorii, ale zarazem „najbardziej puchatymi” planetami, jakie do tej pory znaleziono.

Jak odkryto niebywałą lekkość w Rybie Latającej?

Naukowcy zbadali orbity planet za pomocą teleskopów na Ziemi. Nowo odkryte superlekkie egzoplanety krążą wokół gwiazdy podobnej do Słońca, nazwanej TOI-791, oddalonej od Ziemi o 1113 lat świetlnych. Misja TESS wykryła te planety metodą tranzytu, czyli przez obserwację powtarzających się spadków jasności TOI-791, co stanowi znak, że planeta przechodzi między gwiazdą a instrumentem obserwującym (tranzyt).

Dwie planety krążą wokół gwiazdy w konstelacji Volans, znanej w polskim nazewnictwie jako Ryba Latająca.

TOI-791 b ma niemal taki sam rozmiar jak Jowisz, ale jej masa wynosi zaledwie 3 proc. masy Jowisza. TOI-791 c jest większa od Jowisza, ale jej masa wynosi zaledwie 5,9 proc. masy Jowisza.

Dlaczego nie różowe?

Dransfield podejrzewa, że te ulotne egzoświaty są białe lub niebieskie, w zależności od tego, czy w atmosferze występują chmury czy nie. Ezgoplanety te składają się prawdopodobnie głównie z wodoru i helu, choć do potwierdzenia ich składu chemicznego potrzebne będą dalsze obserwacje za pomocą teleskopu kosmicznego Webba. Ze domniemanego składu chemicznego wynika, że wbrew narzucającemu się słodyczowemu skojarzeniu, nie mają raczej na pewno żadnych odcieni różu, który przypominałby barwioną watę cukrową.

Jak powstały i ewoluowały superlekkie planety?

Według badaczki, planet superlekkich jest w obecnie już bardzo licznym, idącym w wiele tysięcy, gronie odkrytych i potwierdzonych egzoplanet, nie tak wiele, nie więcej niż czterdzieści. Wciąż zatem uchodzą za rzadkość we Wszechświecie. Powstają prawdopodobnie w takich częściach dysków gazu i pyłu otaczających nowo powstałą gwiazdę, gdzie gazu jest więcej niż pyłu. Z biegiem czasu tracą znaczną część materiału, co jeszcze bardziej je rozrzedza.

Nowo odkryte planety superlekkie mają w zestawieniu z większością odkrywanych egzoplanet stosunkowo długie orbity. TOI-791 b okrąża gwiazdę macierzystą w ciągu 139 dni, a TOI-791 c w ciągu 232 dni. W programach badania i odkrywania planet pozasłonecznych obiekty tej klasy, o bardziej oddalonych od gwiazdy orbitach, są rzadkością, a uchwycenie i potwierdzenie ich cech wymaga długotrwałych obserwacji teleskopowych. Ze swojej pozycji na wysokiej orbicie okołoziemskiej sonda TESS zbierała dane dotyczące tego układu planetarnego przez siedem lat, dostarczając zespołowi badawczemu bogaty zbiór informacji na temat tego układu.

Dalsza analiza wykazała, że TOI-791 b i TOI-791 c oddziaływują na siebie wzajemnie, co wpływa na czas trwania ich tranzytów przed gwiazdą macierzystą. Naukowcy wykorzystali te wahania w czasie tranzytów do obliczenia mas planet, potwierdzając tym samym niską gęstość. Bardziej szczegółowe badania mogą dostarczyć nowych informacji na temat tego, w jaki sposób TOI-791 b i TOI-791 c migrowały w układzie planetarnym w trakcie swojej ewolucji, i być może pozwolą zbliżyć się do odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób powstają takie superlekkie planety.

Rzadkie, ale w niektórych miejscach się od nich aż roi

Trudno uwierzyć w istnienie i stabilność „planet z puchu”, ale to niejedna niespodzianka, która potrafią sprawić. Uczeni popadli w zadziwienie już w 2024 r., gdy Teleskop Webba odkrył czwartą superlekką planetę w układzie Kepler-51, 2600 lat świetlnych od Ziemi. „Planety supelekkie są rzadkie, a kiedy już się pojawiają, są zazwyczaj jedynymi przypadkami w swoim rodzaju w układzie planetarnym,” komentowała wtedy w publikacji w czasopiśmie „Astronomical Journal” Jessica Libby-Roberts z Uniwersytetu Pensylwanii. Istnienie aż czterech „puchatych” planet w jednym układzie gwiezdnym szokowało badaczy.

Superlekkie egzoplanety w układzie Kepler 51 były w ogóle pierwszymi odkrytymi obiektami tego typu. Odkryto je w 2012 roku.

Do planet "z waty cukrowej" należy też obiekt oznaczony WASP-193 b, wyróżniający się rekordowo wielkim gabarytem. Według ustaleń naukowców średnica tej puchowej egzoplanety jest o 50 proc. większa od Jowisza przy jednej dziesiątej jego gęstości. Planety z puchu są, jak się okazuje, niekoniecznie kuliste. Dzięki teleskopowi Webba udało się ustalić, że egzoplaneta WASP-107b o rozmiarach zbliżonych do Jowisza, ale znów z zaledwie jedną dziesiątą jego masy, ma asymetrię wschód-zachód w swojej atmosferze, co oznacza, że istnieje znaczna różnica między dwiema poprzecznymi względem siebie średnicami tej planety. Jest też sprzężona pływowo (zwrócona w kierunku gwiazdy jedną stroną) a jej szacowana temperatura sięga 500 st. Celsjusza.

Czy te planety są naprawdę z puchu, czy nam się tylko tak wydaje?

Definicyjne planeta superlekka to rodzaj egzoplanety o masie niewiele większej od masy Ziemi, ale o promieniu większym niż Neptun, co nadaje jej bardzo niską gęstość średnią. Są one zwykle chłodniejsze i mniej masywne niż rozdęte, gorące „egzo-jowisze” o niskiej gęstości.

Jedna z hipotez na ich temat przyjmuje, że w ich przypadku dochodzi do ciągłego wypływu pyłu w górną część atmosfery (na przykład w przypadku Gliese 3470 b), więc pozorna powierzchnia jest w rzeczywistości pyłem znajdującym się w górnej części atmosfery. Inną możliwością jest to, że niektóre z planet tego typu to mniejsze planety z rozległymi układami pierścieni, których z wielkiej odległości nie sposób dokładnie zaobserwować, dlatego wydają się wielkimi planetami o bardzo niskiej gęstości. Jest takie podejrzenie w przypadku egzoplanety oznaczonej HIP 41378 f.

Co jeszcze można znaleźć w ZOO planetarnych osobliwości?

Według stanu na 20 sierpnia 2026 r. odkrytych i potwierdzonych egzoplanet było 6354 w 4756 układach planetarnych, przy czym 1060 układów zawiera więcej niż jedną planetę.

Najlżejszą znaną egzoplanetą jest Draugr, której masa wynosi około dwukrotności masy Księżyca, choć nie jest to „planeta z puchu”. Jest po prostu mała. Ale wykrycie z tak wielkiej odległości tak małego obiektu też zasługuje na uwagę.

Najcięższą z kolei wymienioną w katalogu egzoplanet NASA jest HR 2562 b, której masa wynosi około 30-krotności masy Jowisza. Jednak zgodnie z niektórymi definicjami jest ona zbyt masywna, by uznać ją za planetę i może być specyficznym typem gwiazdy zwanej brązowym karłem.

Świat znanych egzoplanet to prawdziwe ZOO różnorodności, od obiektów całkiem podobnych do tego co znamy z naszego Układu Słonecznego, po różne dziwactwa typu planety o temperaturze, w której topi się żelazo, planety z warkoczami jak komety czy planetarne w całości ciekłe oceany kuszące potencjalnym życiem. Egzo-światy z waty cukrowej dobrze i ciekawie się w tej rozmaitości znajdują i fascynują nie mniej niż inne osobliwości.

Mirosław Usidus

FAQ: Planety z puchu — superlekkie egzoplanety

1. Czym są tzw. „planety z puchu”? To potoczne określenie superlekkich egzoplanet — obiektów o gęstości tak niskiej, że bywa porównywana do waty cukrowej czy pianki do golenia. Formalnie superlekka planeta to egzoplaneta o masie niewiele większej od masy Ziemi, ale o promieniu większym niż Neptun, co daje jej bardzo niską gęstość średnią.
2. Jakie planety odkryto ostatnio i kto stoi za tym odkryciem? Chodzi o TOI-791 b i TOI-791 c — planety wielkości Jowisza, uznane za jedne z największych i najbardziej „puchatych” znanych obecnie. Odkrycia dokonał zespół pod kierunkiem George Dransfield z Uniwersytetu Oksfordzkiego, a wyniki opublikowano w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
3. Wokół jakiej gwiazdy krążą TOI-791 b i TOI-791 c? Krążą wokół gwiazdy TOI-791, podobnej do Słońca, oddalonej od Ziemi o około 1113 lat świetlnych, w południowej konstelacji Volans (Ryba Latająca).
4. Jak naukowcy odkryli i zbadali te planety? Planety wykryto metodą tranzytu — dzięki misji TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) NASA, która przez siedem lat obserwowała powtarzające się spadki jasności gwiazdy TOI-791. Orbity dodatkowo zbadano za pomocą teleskopów naziemnych, a masy planet obliczono na podstawie wzajemnych zakłóceń w czasie trwania ich tranzytów.
5. Jak bardzo „lekkie” są te planety w porównaniu z Jowiszem? Nasz Jowisz jest od nich aż 35 razy gęstszy. TOI-791 b ma niemal taki sam rozmiar jak Jowisz, ale jej masa to zaledwie 3 proc. masy Jowisza. TOI-791 c jest większa od Jowisza, a jej masa wynosi tylko 5,9 proc. masy Jowisza.
6. Z czego zbudowane są superlekkie planety? Najpewniej głównie z wodoru i helu, choć potwierdzenie dokładnego składu chemicznego wymaga dalszych obserwacji, m.in. za pomocą Teleskopu Webba.
7. Ile takich superlekkich planet znamy obecnie? Wśród już wielu tysięcy potwierdzonych egzoplanet, planet superlekkich jest wciąż niewiele, nie więcej niż około czterdziestu. Uznaje się je za rzadkość we Wszechświecie.
8. Jak powstają planety superlekkie? Prawdopodobnie formują się w tych częściach dysków gazu i pyłu otaczających młodą gwiazdę, gdzie gazu jest więcej niż pyłu. Z czasem tracą część materiału, co dodatkowo je rozrzedza.
9. Ile egzoplanet znamy w ogóle? Według stanu na 20 sierpnia 2026 r. potwierdzono 6354 egzoplanety w 4756 układach planetarnych, z czego 1060 układów zawiera więcej niż jedną planetę.

Źródła:

• https://academic.oup.com/mnras/article/549/4/stag864/8715235
• https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-mission-reveals-the-puffiest-planets-ever-found/
• https://arxiv.org/abs/1910.12988
• https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024AJ....168..294M/abstract

[Autor, Mirosław Usidus jest popularyzotorem nauki i byłym redaktorem naczelnym Młodego Technika]

[Tytuł, lead i sekcja "Co musisz wiedzieć" od Redakcji]