Ανακαλύφθηκε ο πρώτος εξωπλανήτης σαν γιγάντια μπάλα ράγκμπι. Cheops reveals a rugby-ball-shaped exoplanet

Η παραμόρφωση οφείλεται στις ισχυρές «παλιρροϊκές» δυνάμεις που ασκεί πάνω στον εξωπλανήτη το μητρικό άστρο του, με ανάλογο – αλλά πολύ πιο έντονο – τρόπο με αυτόν που συμβαίνει στις παλίρροιες της Γης. ESA's exoplanet mission Cheops has revealed that an exoplanet orbiting its host star within a day has a deformed shape more like that of a rugby ball than a sphere. This is the first time that the deformation of an exoplanet has been detected, offering new insights into the internal structure of these star-hugging planets. Artist impression of planet WASP-103b and its host star. Credit: European Space Agency

Η είδηση δεν είναι ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο της ESA, Cheops, ανακάλυψε έναν ακόμα εξωπλανήτη, τον WASP-103b, αλλά το ότι ο εν λόγω εξωπλανήτης δεν είναι σφαιρικός και μοιάζει με μπάλα του ράγκμπι. Και είναι η πρώτη φορά που εντοπίζεται ένας τέτοιος παραμορφωμένος εξωπλανήτης.

O εξωπλανήτης WASP-103b ολοκληρώνει μια περιφορά γύρω από το άστρο του μέσα σε 24 ώρες και κινείται πολύ κοντά σ’ αυτό, διαγράφοντας τροχιά ακτίνας περίπου 0,02 αστρονομικές μονάδες. Γι αυτό οι αστρονόμοι περίμεναν ότι η τροχιά σε μια τόσο κοντινή απόσταση θα προκαλούσε ισχυρές παλιρροϊκές δυνάμεις, αλλά δεν ήταν σε θέση να τις μετρήσουν. Χρησιμοποιώντας τα νέα δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Cheops, σε συνδυασμό με δεδομένα που είχαν ήδη ληφθεί από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer, κατάφεραν να διαπιστώσουν την παραμόρφωση εξαιτίας των παλιρροϊκών δυνάμεων του εξωπλανήτη WASP-103b στο σχήμα μιας μπάλας του ράγκμπι.

Οι παλίρροιες στην Γη οφείλονται στην βαρυτική αλληλεπίδραση της Γης με την Σελήνη που περιφέρεται γύρω μας. Κι ο Ήλιος έχει επίσης μια μικρή αλλά σημαντική επίδραση στις παλίρροιες, όμως είναι πολύ μακριά από τη Γη για να προκαλέσει μεγάλες παραμορφώσεις στον πλανήτη μας. Δεν μπορούμε να πούμε το ίδιο και για τον WASP-103b, που περιφέρεται πολύ κοντά στο άστρο του.

Η αντίσταση ενός υλικού στην παραμόρφωση εξαρτάται από τη σύνθεσή του. Για παράδειγμα, οι παλιρροϊκές δυνάμεις στην Γη λόγω Σελήνης και Ήλιου, προκαλούν την ‘υδατική παραμόρφωση’, δηλαδή τις παλίρροιες, αλλά δεν καταφέρνουν να παραμορφώσουν σημαντικά το βραχώδες τμήμα της.

Ο εξωπλανήτης WASP-103b έχει διπλάσια ακτίνα και 1,5 φορές μεγαλύτερη μάζα σε σχέση με τον πλανήτη Δία, και απέχει 0,02 αστρονομικές μονάδες (AU) από το άστρο του (1AU= μέση απόσταση Γης-Ήλιου). ESA’s exoplanet mission Cheops has revealed that an exoplanet orbiting its host star within a day has a deformed shape more like that of a rugby ball than a sphere. This is the first time that the deformation of an exoplanet has been detected, offering new insights into the internal structure of these star-hugging planets. Credit: European Space Agency

Οι αστροφυσικοί συσχετίζουν την παλιρροϊκή παραμόρφωση με τον αριθμό Love. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός αυτός, τόσο πιο παραμορφωμένος είναι o πλανήτης. Ο αριθμός Love του WASP-103b είναι περίπου ίδιος με τον αντίστοιχο του του Δία, κι αυτό δείχνει ότι μάλλον έχουν παρόμοια εσωτερική δομή, παρά το γεγονός ότι ο WASP-103b έχει διπλάσια ακτίνα. Οι ερευνητές θα επιχειρήσουν την διερεύνηση των λεπτομερειών της εσωτερικής του δομής του με μελλοντικές παρατηρήσεις, ώστε να κατανοήσουν γιατί είναι τόσο παραμορφωμένος. Σημαντικό ρόλο στην ερμηνεία θα παίξει και ο προσδιορισμός του μεγέθους του πυρήνα του.

Δεδομένου ότι η αβεβαιότητα στην τιμή του αριθμού Love είναι προς το παρόν αρκετά μεγάλη, απαιτούνται επιπλέον παρατηρήσεις με τα διαστημικά τηλεσκόπια Cheops και James Webb. Η εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια του Webb θα βελτιώσει τις μετρήσεις της παλιρροιακής παραμόρφωσης των εξωπλανητών, επιτρέποντας μια καλύτερη σύγκρισή τους με τους πλανήτες-γίγαντες του ηλιακού μας συστήματος.

Όμως υπάρχει άλλο ένα μυστήριο που περιβάλλει τον WASP-103b. Οι παλιρροϊκές αλληλεπιδράσεις μεταξύ άστρου και του συγκεκριμένου εξωπλανήτη έπρεπε να προκαλέσουν μείωση της τροχιακής περιόδου του και τη σταδιακή προσέγγιση στο άστρο του με τελικό αποτέλεσμα την σύγκρουσή του με αυτό. Όμως οι μετρήσεις του WASP-103b δείχνουν αντίθετα ότι η τροχιακή περίοδος ίσως να αυξάνεται και ότι ο εξωπλανήτης απομακρύνεται αργά από το άστρο του. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι κάτι διαφορετικό από τις παλιρροϊκές δυνάμεις είναι ο βασικός παράγοντας που επηρεάζει αυτόν τον εξωπλανήτη.

Έτσι, οι αστροφυσικοί εξέτασαν και άλλα πιθανά σενάρια. Θα μπορούσε για παράδειγμα, η δυναμική του συστήματος να επηρεάζεται από την παρουσία ενός δεύτερου άστρου ή η τροχιά του πλανήτη να είναι ελαφρώς ελλειπτική. Δεν μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν αυτά τα σενάρια, αλλά ούτε και να τα αποκλείσουν. Για να απαντηθούν με βεβαιότητα όλα τα ερωτήματα θα απαιτηθούν επιπλέον παρατηρήσεις των διελεύσεων του WASP-103b (μπροστά από το άστρο του) από το Cheops και άλλα τηλεσκόπια.

Το σίγουρο είναι πως η ακρίβεια των παρατηρήσεων του διαστημικού τηλεσκοπίου Χέωψ (CHaracterising ExOPlanets Satellite), που έτυχε να είναι συνονόματο με έναν σκληρό και αδίστακτο Φαραώ, αποκάλυψε για πρώτη φορά το περίεργο σχήμα του WASP-103b, ανοίγοντας νέους δρόμους όσον αφορά την μελέτη εξωπλανητών.

Πηγές: S. C. C. Barros et al, Detection of the tidal deformation of WASP-103b at 3 σ with CHEOPS, Astronomy & Astrophysics (2021). DOI: 10.1051/0004-6361/202142196 - https://phys.org/news/2022-01-cheops-reveals-rugby-ball-shaped-exoplanet.html - https://www.tovima.gr/2022/01/11/science/anakalyfthike-o-protos-eksoplanitis-san-gigantia-mpala-ragkmpi/ - https://physicsgg.me/2022/01/11/