Astronomowie z Université de Montréal odkryli, że jądro gazowego olbrzyma, planety pozasłonecznej WASP-107b ma masę dużo mniejszą, niż się spodziewano. Odrycie opisane na łamach czasopisma "Astronomical Journal" ma istotne znaczenie, bowiem poddaje w wątpliwość dotychczasowe teorie na temat procesu powstawania tego typu planet. Do tej pory wydawało się, że jądro takiej planety, po to by móc zgromadzić wokół siebie i utrzymać tak duże ilości gazu, musi być znacznie bardziej masywne.

Intrygującego odkrycia dokonała doktorantka z UdeM Institute for Research on Exoplanets (iREx) Caroline Piaulet. Do tej pory astronomowie byli przekonani, że olbrzymie planety w rodzaju Jowisza, czy Saturna potrzebują w swym wnętrzu bardzo masywnego jądra. Badania Piaulet pokazały, że znacznie lżejsze jądro może wystarczyć, w związku z czym powstawanie gazowych olbrzymów może być znacznie łatwiejsze, niż się spodziewaliśmy. 

Planetę WASP-107b, krążącą wokół gwiazdy WASP-107 w gwiazdozbiorze Panny, około 212 milionów lat świetlnych od Ziemi, odkryto w 2017 roku. Planeta ma rozmiary porównywalne z Jowiszem, ale okazuje się 10 razy mniej masywna. Należy w związku z tym do klasy planet o wyjątkowo małej gęstości, nazywanych przez astronomów "watą cukrową". WASP-107b krąży wokół swojej gwiazdy po ciasnej orbicie, w odległości 16 razy mniejszej, niż średnia odległość Ziemi od Słońca. Rok tej planety trwa niezmiernie krótko, zaledwie 5,7 naszego dnia. 

Piaulet wraz z zespołem wykorzystała w swoich badaniach obserwacje z pomocą teleskopu w Keck Observatory na Hawajach. Zastosowała metodę pomiaru prędkości radialnych, która na podstawie przesunięcia linii widmowych gwiazdy umożliwia analizę jej wahań wokół wspólnego z planetą środka ciężkości. To pokazało, że WASP-107b ma masę rzędu 1/10 masy Jowisza i równocześnie 30 mas Ziemi. 

Analiza wewnętrznej struktury planety doprowadziła do zaskakujących wniosków. Przy tak niskiej całkowitej gęstości planeta musiała mieć stałe jądro o masie nie większej niż 4 masy Ziemi. To oznacza, że około 85 proc. masy planety przypada na gazową powłokę. To niezwykłe. Autorzy pracy zwracają uwagę na to, że w przypadku planety naszego Układu Słonecznego, Neptuna, który ma porównywalną do WASP-107b masę, gazowa powłoka stanowi od 5 do 15 proc. tej masy. 

Planety powstają z gazu i pyłu w tak zwanych dyskach protoplanetarnych, krążących wokól gwiazd. Dotychczasowe modele, oparte na obserwacjach Jowisza i Saturna wskazywały, że gazowe olbrzymy wymagają stałego jądra o masie 10 krotnie większej, niż masa Ziemi, by zgromadzić odpowiednio dużo gazu. Wydawało się, że to właśnie daje planetom możliwość stabilnego utrzymania takiej gazowej powłoki. 

Jak więc możliwe jest istnienie WASP-107b? 

W przypadku WASP-107b możliwe jest, że planeta powstała w dużej odległości od gwiazdy, gdzie gaz w dysku jest na tyle zimny, że jego gromadzenie się może przebiegać bardzo szybko. Dopiero potem, wskutek innych procesów, planeta mogła zacząć krążyć po ciaśniejszej orbicie - sugeruje prof. Eve Lee z McGill University i iREx.

Obserwacje układu gwiazdy WASP-107 trwały na tyle długo, że astronomom udało się dostrzec tam... jeszcze jedną planetę. WASP-107c ma masę rzędu 1/3 masy Jowisza i okrąża gwiazdę po silnie eliptycznej orbicie w ciągu trzech ziemskich lat. Zdaniem Piaulet, tak ekscentryczna orbita WASP-107c może potwierdzać burzliwą przeszłość tego układu i fakt, że planety mogły początkowo krążyć po innych orbitach, niż obecnie.