Gorące jowisze. Gazowe olbrzymy krążą tak blisko gwiazd

Wcześniejsze badania skupiały się głównie na pojedynczych światach klasyfikowanych jako "gorące jowisze" ze względu na ich powierzchowne podobieństwo do gazowego olbrzyma w naszym Układzie Słonecznym. Nowe obserwacje, z których wnioski opublikowane zostały w "Nature Astronomy" podważyły dawne założenia o tym, gdzie mogą powstawać olbrzymy gazowe.

Pierwszy znany przykład gorącego jowisza odkryto w 1995 r. Była to 51 Pegasi b (Dimidium) krążąca wokół gwiazdy 51 Pegasi (Helvetios), bardzo podobnej do Słońca. Michel Mayor i Didier Queloz z Uniwersytetu w Genewie wykryli planetę metodą prędkości radialnej. Dimidium jest większa od Jowisza, ale ma o 47 proc. mniejszą masę, a w 2017 r. w jej atmosferze znaleziono ślady wody.

Zaskoczenie było tym większe, że wcześniej dominował pogląd, iż gazowe olbrzymy nie powinny tworzyć się blisko gwiazd. W takim modelu wiatr gwiazdy (w Układzie Słonecznym: wiatr słoneczny) ma utrudniać gromadzenie lotnych substancji, w tym wodoru, na orbitach położonych blisko źródła promieniowania.

Tymczasem dziś, jak podaje portal urania.edu.pl, znamy ponad 400 gorących jowiszów wśród ponad 6000 potwierdzonych egzoplanet. To obiekty relatywnie łatwe do wykrycia, bo są masywne i często obiegają gwiazdę w zaledwie kilka dni.

Czym jest gorący jowisz i co go odróżnia od Jowisza

W Układzie Słonecznym Jowisz znajduje się daleko od Słońca, za Marsem i pasem planetoid. Jego średnia temperatura wynosi ok. -110°C. Saturn, drugi z gazowych olbrzymów, jest jeszcze chłodniejszy (ok. -140°C). Gorące jowisze są przeciwieństwem tych warunków: to planety o jowiszowej naturze, ale z orbitami położonymi bardzo blisko gwiazdy macierzystej.

Takie położenie rodzi pytania o mechanizm ich pojawienia się: czy powstają "na miejscu", czy raczej tworzą się dalej, a potem migrują do wewnątrz układu planetarnego. Właśnie ten drugi scenariusz – migracja – coraz częściej staje się osią dyskusji o pochodzeniu części gorących jowiszów.

Egzoplaneta TIC 241249530 b jako możliwy etap pośredni

W 2025 r. w "Nature" opisano egzoplanetę TIC 241249530 b, którą część badaczy uznała za kandydata na "protoplastę" gorącego jowisza. Wyróżnia ją skrajnie eliptyczna orbita o mimośrodzie e=0,94. Taki kształt oznacza, że planeta okresowo bardzo zbliża się do gwiazdy, a po minięciu peryhelium oddala się na znacznie większą odległość w zachowaniu przypominającym komety. Dodatkowo orbita TIC 241249530 b jest wsteczna, czyli planeta obiega gwiazdę w kierunku przeciwnym do obrotu samej gwiazdy.

Podobne podejrzenia już wcześniej wiązano z innymi obiektami. HD 80606 b, odkryty w 2001 r., ma rekordowo wysoki mimośród e=0,93 (choć bez orbity wstecznej). Jeszcze w 1996 r. wykryto 16 Cygni Bb – pierwszego z jowiszów o silnie ekscentrycznej orbicie.

Symulacje MIT i podział na dwa "rodzaje" gorących jowiszów

Zespół z Massachusetts Institute of Technology (MIT) przygotował symulacje, które mają pokazywać, jak orbita TIC 241249530 b mogłaby zmieniać się z bardzo wydłużonej do niemal kołowej – typowej dla gorących jowiszów – w skali setek milionów lub miliardów lat. Modele uwzględniały nie tylko grawitację gwiazdy i planety, ale także wpływ pobliskiej gwiazdy.

"Z innych badań statystycznych jasno wynika, że migracje od dużej mimośrodowości do małej powinny odpowiadać za pewną część gorących jowiszów" – zauważyła Sarah Millholland, jedna z autorek cytowanych analiz.

To jednak, jak wskazuje portal ewolucjamyslenia.pl, tylko fragment większej układanki. W 2023 r. badacze z Uniwersytetu Johna Hopkinsa zaproponowali podział gorących jowiszów na dwie kategorie. Pierwsza obejmuje planety krążące wokół masywnych, gorących gwiazd, z orbitami nachylonymi pod różnymi kątami względem płaszczyzny obrotu gwiazd. Druga dotyczy gorących jowiszów przy chłodniejszych, mniej masywnych gwiazdach – tam orbity nie wykazują nachylenia.

W efekcie pojawia się obraz dwóch ścieżek powstawania. Jedna – związana z gorącymi gwiazdami – ma trwać kilkaset milionów lat i prowadzić przez etap jowiszów o dużym mimośrodzie i dużym nachyleniu, zanim staną się gorącymi jowiszami. Druga – dotycząca chłodnych, mniej masywnych gwiazd – ma przebiegać szybciej (w skali kilkudziesięciu milionów lat) i od razu dawać planety na ciasnych orbitach.