Pierwsza znikająca planeta zeszła z pola widzenia teleskopu TESS na oczach astronomów

Gigantyczna planeta, którą kosmiczny teleskop TESS należący do NASA obserwował, jak przesuwa się na tle swojej gwiazdy, przejście za przejściem, przestała ją przecinać. Każdy tranzyt stawał się krótszy i płytszy, w miarę jak tor planety przesuwał się w stronę krawędzi gwiazdy, aż charakterystyczne pociemnienie światła gwiazdy w ogóle nie wystąpiło. Planeta nie została zniszczona ani pochłonięta. Jej orbita się przechyla, a astronomowie uchwycili moment, w którym przestała być ustawiona w linii z Ziemią.

Czyni to ją pierwszą potwierdzoną planetą wokół pojedynczej gwiazdy, której tranzytów nie zaobserwowano, jak podaje zespół z UCLA (University of California, Los Angeles) na łamach „The Astrophysical Journal Letters”. Prawdopodobnym winowajcą jest druga gigantyczna planeta, której nikt bezpośrednio nie widział. Jej nachylona orbita ciągnie sąsiada i powoduje, że obie orbity kołyszą się jak bąk. Astronomowie zwykle wnioskują o takich zmianach na przestrzeni stuleci; tutaj rozegrały się one w trakcie trwania jednej misji kosmicznej.

Znikniętą planetą jest TOI-2535 b, gorący Jowisz: gazowy olbrzym o szerokości około 0,84 szerokości Jowisza, który okrąża starego pomarańczowego karła oddalonego o około 1000 lat świetlnych. Pełny obieg zajmuje jej około 8,2 dnia, czyli około dziesięć razy szybciej niż Merkuremu okrążenie Słońca. Znane są setki gorących Jowiszów. Ta planeta wyróżniała się tym, że jej tranzysty pojawiały się nawet do sześciu godzin za wcześnie lub za późno, co było oznaką, że coś innego w układzie ją przyciąga.

„To najbardziej skrajny przykład, jaki widzieliśmy, ponieważ te dwie planety oddziałują na siebie tak silnie” – powiedział Samuel Yee, stypendysta podoktorski 51 Pegasi b na UCLA i główny autor artykułu. „Orbita planety przechyla się tak szybko, że jej tranzyt zniknął, gdy na niego patrzyliśmy”.

Jak TESS uchwycił planetę wymykającą się z pola widzenia

Tranzyt ma miejsce tylko wtedy, gdy orbita planety pokrywa się prawie dokładnie z naszą linią widzenia, tak że planeta przechodzi między swoją gwiazdą a Ziemią i blokuje odrobinę światła. TESS poluje na te odpryski światła wśród milionów gwiazd. Do TOI-2535 powrócił w pięciu oddzielnych sesjach obserwacyjnych rozłożonych na siedem lat, a teleskopy naziemne – w tym małe obserwatoria w Chorwacji, Chile, Szwajcarii i Australii – wypełniły tranzysty pomiędzy nimi.

Zespół zmierzył dwie rzeczy dla każdego tranzytu. Jedną było wyznaczenie czasu, z dokładnością do dwóch lub trzech minut, i porównanie go z harmonogramem, jaki utrzymywałaby idealnie regularna orbita. Drugą był kształt. Ścieżka przez środek gwiazdy daje długie, głębokie pociemnienie, podczas gdy ścieżka w pobliżu krawędzi daje krótkie, płytkie, muskające pociemnienie. Astronomowie nazywają tę linię przecięcia parametrem zderzenia (impact parameter), a dla TOI-2535 b wzrastał on systematycznie z jednej sesji obserwacyjnej do następnej.

Zrekonstruowana ścieżka planety wydaje się przesuwać po ponad połowie powierzchni gwiazdy, przecinając równik gwiazdy w drodze do krawędzi. W najnowszych danych z TESS nie było żadnego tranzytu w żadnym oknie, w którym planeta powinna się pojawić, nawet biorąc pod uwagę jej sześciogodzinne wahania czasowe. Aby przetestować ten pusty wynik, zespół umieścił w danych fałszywe tranzysty: planeta ledwie muskająca krawędź zostałaby wykryta mniej więcej w połowie przypadków.

Pomiary oscylacji gwiazdy w przód i w tył wykonane spektrografem NEID na 3,5-metrowym teleskopie WIYN w Kitt Peak w Arizonie wskazują na planetę o masie mniej więcej Jowisza na orbitującej orbicie. Niosą one również dodatkowy rozrzut, którego nie da się wytłumaczyć pojedynczą planetą.

Sąsiad, którego nikt nie widział

Autorzy modelowali razem wahania czasowe i kurczące się tranzysty. Obydwa pasują do pobliskiej planety towarzyszącej, której orbita jest nachylona co najmniej o pięć stopni względem orbity TOI-2535 b. Kiedy dwie orbity są nachylone w ten sposób, ich płaszczyzny powoli się obracają, tak jak oś bąka zakreśla okrąg, a ścieżka tranzytującej planety dryfuje po powierzchni jej gwiazdy.

Ukryty towarzysz jest prawdopodobnie co najmniej tak masywny jak Saturn. Wydaje się również znajdować w rezonansie lub w jego pobliżu, co oznacza, że dwa okresy orbitalne tworzą prosty stosunek. Najlepiej dopasowane rozwiązania skupiają się wokół stosunków 2:1 i 3:2, choć możliwe są również 3:1 i 4:1. To czyniłoby ten układ podwójną osobliwością: gorące Jowisze rzadko mają w ogóle bliskich sąsiadów, a jeśli już, to sąsiadem jest prawie zawsze mała planeta, a nie drugi olbrzym.

Współautor Erik Petigura porównuje to zjawisko do zaćmień. „Gdyby orbita Księżyca wokół Ziemi była idealnie wyrównana z orbitą Ziemi wokół Słońca, widzielibyśmy zaćmienie co miesiąc” – powiedział. „Ale ponieważ orbita Księżyca jest nachylona, zaćmienia są rzadsze”.

Szybciej niż jakiekolwiek zaobserwowane wcześniej nachylenie planety

Inne planety zostały przyłapane na zmianie swoich tranzytów, ale wolniej. TOI-216 b i K2-146 c przeszły od muskających do pełnych tranzytów w ciągu odpowiednio 4,5 i trzech lat, a planeta w układzie TOI-4504 rozpoczęła tranzyt trzy lata po tym, jak astronomowie po raz pierwszy ją zaobserwowali. Płaszczyzny orbitalne w TOI-4504 i TOI-216 obracają się w cyklach trwających około 250 i 150 lat. Modele, które działają dla TOI-2535, wskazują na cykl dziesięcioleci.

Jej sześciogodzinne wahanie czasowe, wynoszące około 3% okresu orbitalnego, jest jednym z największych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano w przypadku krótkookresowej gigantycznej planety. Takie zmiany są rzadkie: jedno przeszukanie 561 układów z misji Kepler NASA wykazało tylko 15 z istotnymi długoterminowymi zmianami czasu trwania tranzytu. Zwarte układy wieloplanetowe również mają tendencję do bycia płaskimi, z orbitami wyrównanymi w granicach 1 lub 2 stopni.

Była jedna wcześniejsza wskazówka dotycząca aktu znikania. Kandydat na planetę o nazwie KOI-120.01 zniknął podczas tej misji, ale jego układ zawiera co najmniej dwie gwiazdy, a sygnał może pochodzić od pary zaćmieniowych gwiazd, a nie od planety. TOI-2535 b jest czystszym przypadkiem: planeta, która z pewnością jest prawdziwa i wciąż tam jest, po prostu nie jest już ustawiona w linii z nami.

Czego zniknięcie nie rozstrzyga

Tożsamość sąsiada jest największym otwartym pytaniem. Żadne pojedyncze rozwiązanie nie pasuje do danych w unikalny sposób, więc jego masa, okres orbitalny i to, czy krąży wewnątrz, czy na zewnątrz gorącego Jowisza, pozostają nieznane. Niektóre konfiguracje z bardzo stromymi nachyleniami, do około 60 stopni, pasowały do danych w krótkich seriach, ale miały tendencję do załamywania się w długich symulacjach, co przemawia za łagodniejszymi nachyleniami.

Minimalne nachylenie wynoszące pięć stopni również zależy od tej niewidzialnej planety. Jeśli zostanie potwierdzony, TOI-2535 dołączyłby do krótkiej listy zwartych układów z orbitami tak rozchwianymi. Gwiazda macierzysta niesie ze sobą własną zagadkę: jest starym pomarańczowym karłem o masie około 0,86 masy Słońca, poruszającym się na tyle szybko, że najprawdopodobniej należy do grubego dysku Drogi Mlecznej, starszej populacji gwiazd, choć dokładne określenie jej wieku wymaga pomiarów jej składu chemicznego.

Jest jeszcze kwestia formacji. Gorący Jowisz z tak bliskim olbrzymim partnerem nie mógł zostać wrzucony do wewnątrz po rozciągniętej orbicie, co jest drogą, która według teorii prowadzi do powstania większości gorących Jowiszów. Powolny dryf do wewnątrz przez dysk gazowy wokół młodej gwiazdy wyjaśnia rezonans, ale ten dysk powinien również spłaszczyć orbity. Coś później musiało je nachylić, a artykuł wymienia możliwe mechanizmy, nie wybierając żadnego.

„Ponieważ TOI-2535 b ma bliskiego sąsiada, prawdopodobnie migrowała, powoli spiralnie wkręcając się do wewnątrz, zamiast zostać wrzucona” – powiedział Yee. „Być może widzimy kanał formacyjny, który nie zdarza się zbyt często, ale jest bardzo interesujący”.

Pytania czytelników o znikającą planetę

Czym jest znikająca planeta?

To planeta, której tranzysty, czyli małe spadki jasności gwiazdy spowodowane jej przejściem na tle gwiazdy, przestają występować. TOI-2535 b jest pierwszym potwierdzonym przypadkiem wokół pojedynczej gwiazdy. Planeta nadal istnieje; jej orbita nachyliła się tak, że nie przechodzi już między swoją gwiazdą a Ziemią.

Dlaczego TOI-2535 b przestała tranzytować?

Grawitacja ukrytej sąsiedniej planety na nachylonej orbicie powoduje precesję obu orbit, czyli kołysanie się jak rozchwiany bąk. W ciągu siedmiu lat obserwacji TESS ścieżka planety przesunęła się od środka tarczy gwiazdy do jej krawędzi, a następnie poza nią.

Czy TOI-2535 b będzie ponownie tranzytować?

Tak, ale nieprędko. Zespół z UCLA spodziewa się, że planeta ponownie przetnie tarczę swojej gwiazdy za 30–50 lat. Jej ukryty sąsiad może pojawić się wcześniej, jeśli jego własna nachylona orbita najpierw ustawi się w linii z Ziemią.

Co dalej

TESS obserwował układ między kwietniem 2019 a marcem 2026 roku, a tranzysty były nieobecne w tym ostatnim, marcowym odcinku. Badanie opublikowano 9 listopada 2026 roku. Jak zauważa zespół, mając tylko pierwsze cztery lata danych TESS, kurczące się tranzysty nie zostałyby pewnie wykryte, a wydłużająca się linia bazowa TESS powinna ujawnić więcej takich układów. Zidentyfikowanie sąsiada będzie wymagać gęściej próbkowanych pomiarów oscylacji gwiazdy. Sama planeta nie przetnie ponownie tarczy swojej gwiazdy przez 30–50 lat, więc jej ukryty partner może być następną rzeczą, którą ktokolwiek zobaczy.

Źródło: Yee et al., „A TESS Disappearing Act: The Vanishing Transits of TOI-2535 b,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb4a4

Tagi: astronomia, nasa, egzoplanety, TESS, gorący jowisz, TOI-2535 b