Planeta krąży wstecz wokół czerwonego karła i nie ma olbrzyma, który by to wyjaśnił

Planeta oddalona od Ziemi o 72 lata świetlne obiega swoją gwiazdę w niewłaściwym kierunku. GJ 3090 b, świat o średnicy niewiele ponad dwukrotnie większej od średnicy Ziemi, porusza się wokół czerwonego karła przeciwnie do kierunku, w którym obraca się sama gwiazda; jej orbita jest nachylona o około 136 stopni względem płaszczyzny, w której powinny znajdować się planety. To pierwsza znana planeta poruszająca się wstecz wokół czerwonego karła, najpowszechniejszego typu gwiazd w Galaktyce.

Planety krążące wstecz są rzadkością, ale nie są czymś nowym. W każdym wcześniejszym przypadku orbity tak silnie odchylonej w układzie z kilkoma planetami astronomowie mogli wskazać sprawcę: gwiazdę towarzyszącą albo zewnętrzną planetę olbrzyma, której grawitacja przez miliony lat ściągała sąsiada z właściwego toru. Wokół GJ 3090 nie ma jednak takiego prześladowcy. Właśnie ten brak jest najważniejszą wiadomością, ponieważ sugeruje, że planeta mogła narodzić się w dysku gazu i pyłu, który już wcześniej obracał się w niewłaściwą stronę.

„Ku naszemu wielkiemu zaskoczeniu planeta GJ 3090 b nie tylko porusza się po silnie niewspółosiowej orbicie, ale także obiega gwiazdę ruchem wstecznym” — powiedział Yann Carteret, doktorant na Uniwersytecie Genewskim i pierwszy autor badania opublikowanego w Astronomy & Astrophysics.

Planeta jest subneptunem, ma promień około 2,2 raza większy od promienia Ziemi i masę 4,5 raza większą, a pełne okrążenie gwiazdy zajmuje jej mniej więcej 2,9 dnia. Jej gwiazda, czerwony karzeł typu M w południowym gwiazdozbiorze Feniksa, jest mniejsza i chłodniejsza od Słońca. Układ zawiera także co najmniej jedną kolejną planetę: potwierdzonego subneptuna na 16-dniowej orbicie oraz kandydata o okresie orbitalnym 13 dni.

Jak wykryto planetę poruszającą się w niewłaściwą stronę

Nikt nie potrafi bezpośrednio sfotografować tej orbity. Zespół odczytał ją zamiast tego ze światła gwiazdy, wykorzystując zjawisko znane jako efekt Rossitera-McLaughlina. Obracająca się gwiazda ma stronę zwróconą ku nam i stronę oddalającą się od nas, dlatego światło z pierwszej połowy jest nieznacznie przesunięte ku barwie niebieskiej, a z drugiej — ku czerwonej. Gdy planeta przechodzi na tle tarczy gwiazdy, zasłania fragment jednej, a następnie drugiej połowy. Kolejność, w jakiej je zakrywa, ujawnia kierunek jej ruchu.

W przypadku planety poruszającej się w normalnym kierunku najpierw zasłonięta zostaje zbliżająca się połowa. GJ 3090 b zakrywa je w odwrotnej kolejności.

Sygnał jest niezwykle słaby. Tranzyt trwa tu około godziny i kwadransa, planeta jest mała, a gwiazda obraca się powoli. Zespół wykorzystał NIRPS, spektrograf bliskiej podczerwieni działający na 3,6-metrowym teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego w La Silla w Chile, zbudowany przez konsorcjum kierowane przez Uniwersytet Genewski i Université de Montréal. Czerwone karły świecą znacznie jaśniej w podczerwieni niż w świetle widzialnym, dlatego instrument podczerwony mógł dokonać tego, z czym instrumenty optyczne mają trudności.

Naukowcy obserwowali sześć tranzytów za pomocą NIRPS, z czego cztery jednocześnie ze starszym spektrografem HARPS, zbierając 193 widma w ciągu około 23 godzin. Zamiast szukać klasycznego kołysania się całkowitej prędkości gwiazdy, zbyt słabego, by je wykryć, zastosowali metodę RM Revolutions, która analizuje światło z dokładnego pasa gwiazdy zasłoniętego w danej chwili przez planetę. GJ 3090 b jest obecnie najmniejszą planetą wokół czerwonego karła, dla której uzyskano pełny trójwymiarowy pomiar nachylenia orbity.

Co oznacza 136 stopni

W naszym Układzie Słonecznym planety krążą w odległości do około 7 stopni od równika Słońca i każda z nich porusza się w tym samym kierunku, w którym obraca się Słońce. Kąt 90 stopni oznaczałby orbitę polarną, przebiegającą nad biegunami gwiazdy. Każda wartość powyżej 90 stopni oznacza ruch wsteczny. Przy 136 stopniach GJ 3090 b jest bliższa całkowitemu odwróceniu niż ustawieniu bokiem.

Stawia ją to wśród planet o najbardziej nachylonych orbitach, dla których astronomowie dysponują pomiarem trójwymiarowym, obok dwóch gazowych olbrzymów, KELT-19 b i TOI-1710 b. Jest to także dopiero szósty potwierdzony układ z kilkoma planetami, zawierający jedną nachyloną o ponad 70 stopni. Jak zauważa zespół, w pozostałych pięciu przypadkach zawsze występuje albo odległa gwiazda towarzysząca w układzie podwójnym, albo masywna planeta zewnętrzna zdolna wyrządzić takie szkody.

Czerwone karły czynią ten wynik jeszcze dziwniejszym. Uważa się, że ich głębokie, burzliwe warstwy zewnętrzne wywierają silne oddziaływania pływowe na bliskie planety, stopniowo przywracając nachylone orbity do właściwego ustawienia. GJ 3090 b najwyraźniej uniknęła tej korekty, najprawdopodobniej dlatego, że jest mała i znajduje się wystarczająco daleko, w odległości około 13 promieni gwiazdy, aby oddziaływanie pływowe pozostało słabe.

Brakujący sprawca i dysk z drugiej ręki

Zespół szukał ukrytego zaburzającego towarzysza. Łącząc wieloletnie dane o prędkości radialnej z HARPS i NIRPS, obrazowanie plamkowe o wysokiej rozdzielczości oraz pomiary z teleskopu kosmicznego Gaia, naukowcy wykluczyli istnienie jakiejkolwiek gwiazdy towarzyszącej w odległości około 3 jednostek astronomicznych oraz każdej planety cięższej od Jowisza w obrębie 15 jednostek astronomicznych, zakładając, że krąży ona w tej samej płaszczyźnie co GJ 3090 b. Przy tym samym założeniu wykluczone są aż do 100 jednostek astronomicznych wszelkie obiekty cięższe niż 13 mas Jowisza, czyli granica, powyżej której obiekty uznaje się za brązowe karły.

„Brak masywnego towarzysza, który mógłby wyjaśnić tę niezwykłą orbitę, skłoni nas do zbadania innych hipotez” — powiedział współautor Vincent Bourrier z Uniwersytetu Genewskiego.

Preferowanym przez badaczy wyjaśnieniem jest dysk drugiej generacji. Po rozproszeniu pierwotnego dysku gwiazdy młody czerwony karzeł mógł zgarnąć świeży gaz i pył z przestrzeni międzygwiazdowej. Materiał ten nadleciałby z przypadkową orientacją, a w tym przypadku obracał się przeciwnie do gwiazdy. Planety miałyby następnie powstać wewnątrz tego nachylonego dysku i wspólnie migrować do wewnątrz. Autorzy łączą tę ideę z tak zwanymi dyskami Peter Pan, czyli dyskami wokół czerwonych karłów, które przez dziesiątki milionów lat nadal zasilają swoje gwiazdy, znacznie dłużej, niż przewidują modele.

Ich obliczenia nakładają dodatkowe ograniczenie. Aby gwiazda nie przestawiła się zgodnie z nowym dyskiem, mogła pochłonąć mniej niż około 1500 mas Ziemi materii, co przy standardowych proporcjach oznacza mniej więcej 15 mas Ziemi pyłu. Same planety stanowią dużą część tej ilości, dlatego większość pyłu w dysku musiała trafić do planet, zamiast spaść na gwiazdę.

Czego to nie rozstrzyga

Wartość 136 stopni wiąże się z szerokimi przedziałami błędu, od około 118 do 160 stopni. Zespół wyklucza orbitę polarną na poziomie 2,5 sigmy — to istotny wynik, ale daleki od standardu 5 sigm, który fizycy rezerwują dla odkryć. Pełne trójwymiarowe nachylenie zależy także od oszacowań okresu obrotu gwiazdy, jej promienia i inklinacji, a nie wyłącznie od danych tranzytowych.

Ostateczne dopasowanie opiera się na pięciu nocach obserwacji z użyciem jednego instrumentu. Jeden tranzyt NIRPS o słabym sygnale odrzucono, a dane HARPS były zbyt słabe, by ograniczyć zakres kąta, dlatego żaden drugi instrument nie potwierdza niezależnie kierunku ruchu.

Poszukiwania towarzysza mają lukę, którą autorzy jasno wskazują. Ich ograniczenia zakładają, że każdy ukryty olbrzym krąży w tej samej płaszczyźnie co GJ 3090 b. Masywne ciało na silnie nachylonej orbicie nie jest w pełni wykluczone. Scenariusz drugiego dysku jest wnioskiem wynikającym z tego, czego brakuje, a nie czymś, co ktokolwiek zaobserwował.

Najczęstsze pytania o planety krążące wstecz

Czym jest planeta wsteczna?

Planeta wsteczna obiega swoją gwiazdę w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu samej gwiazdy. Planety powstają z tego samego wirującego dysku, który zasila ich gwiazdę, więc zwykle dzielą z nią kierunek ruchu. Orbita wsteczna oznacza, że coś nachyliło planetę albo dysk, w którym się narodziła, o ponad 90 stopni.

Skąd astronomowie wiedzą, w którą stronę krąży planeta?

Obserwują, jak planeta przechodzi przed swoją gwiazdą, i mierzą przesunięcie barwy światła gwiazdowego. Ponieważ jedna strona obracającej się gwiazdy zbliża się do nas, a druga się oddala, kolejność, w której planeta zasłania każdą z tych stron, wskazuje kierunek jej ruchu. To efekt Rossitera-McLaughlina.

Czy w naszym Układzie Słonecznym coś krąży wstecz?

Żadna planeta nie obiega Słońca wstecz, a wszystkie osiem pozostaje blisko równika Słońca. Niektóre księżyce tak: największy księżyc Neptuna, Tryton, krąży przeciwnie do obrotu planety i uważa się go za obiekt przechwycony. Wenus obraca się wstecz wokół własnej osi, ale po orbicie porusza się w normalnym kierunku.

Czy GJ 3090 b mogłaby podtrzymywać życie?

Badanie nie mówi nic o życiu. Planeta okrąża swoją gwiazdę w mniej niż trzy dni, znacznie bliżej, niż Merkury znajduje się od Słońca. Przy masie około 4,5 masy Ziemi i promieniu 2,2 promienia Ziemi jest subneptunem, czyli klasą planet, które zwykle uważa się za posiadające grubą gazową otoczkę, a nie odsłoniętą skalistą powierzchnię.

Planetę po raz pierwszy zidentyfikował kosmiczny teleskop NASA TESS, a następnie potwierdzono jej istnienie w 2022 roku. Tranzyty NIRPS stanowiące podstawę nowego pomiaru zarejestrowano w 2024 roku, a artykuł został przyjęty przez Astronomy & Astrophysics w sierpniu 2026 roku i opublikowany we wrześniu. Scenariusz autorów prowadzi do sprawdzalnej prognozy: jeśli każda planeta w układzie powstała w tym samym nachylonym dysku, rodzeństwo GJ 3090 b powinno mieć takie samo wsteczne nachylenie. Następnym krokiem będzie zmierzenie również ich orbit, co okaże się trudne, ponieważ planeta o 16-dniowym okresie nigdy, z naszego punktu widzenia, nie przechodzi na tle swojej gwiazdy.

Źródło: Carteret et al., „Upside down: GJ 3090 b the first retrograde exoplanet around an M dwarf detected with NIRPS”, Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202661989

Tagi: ESO, egzoplanety, GJ 3090 b, La Silla Observatory, NIRPS, orbita wsteczna