Neseniai atrasta egzoplaneta pretenduoja į keisčiausio kada nors Paukščių Take aptikto pasaulio titulą.
Šis objektas vadinamas PSR J2322-2650b, ir viskas, kas su juo susiję, atrodo visiškai beprotiška. Tai įkaitusi Jupiterio tipo planeta, skriejanti aplink milisekundinį pulsarą ir dėl žvaigždės gravitacijos ištempta į citrinos (arba amerikietiško futbolo kamuolio) formą. Jos atmosferoje aptikta anglies garų, o viduje, tikėtina, dominuoja helis. Dar daugiau – visa planetą gaubianti atmosfera milžinišku greičiu sukasi priešinga kryptimi, nei sukasi pati planeta.
Astronomas Peteris Gao iš Carnegie Žemės ir planetų laboratorijos prisimena, kad tyrėjų komanda buvo šokiruota vos gavusi pirmuosius duomenis: jų reakcija buvusi paprasta – „kas tai per daiktas?“
Visata jau ne kartą parodė, kad gali sukurti išties keistų pasaulių: nuo itin „purių“, cukraus vatą primenančia atmosfera pasižyminčių planetų iki tų, kuriose formuojasi metaliniai debesys ir lyja korundo (brangakmeniams safyrams ir rubinams giminingo mineralo) lietus, ar net itin tankių „kulkų“ tipo egzoplanetų. Tačiau, nors daugelis tokių pasaulių balansuoja ant mūsų supratimo ribos, jų savybes vis tiek pavyksta paaiškinti žinomais planetų formavimosi ir evoliucijos modeliais.
PSR J2322-2650b yra kitokia. Jos ypatybės sunkiai telpa į bet kokias žinomas schemas – ši planeta, regis, nepaklūsta nė vienam standartiniam planetų formavimosi mechanizmui.
Astronomas Michaelis Zhangas iš Čikagos universiteto pripažįsta, kad ypač sudėtinga įsivaizduoti, kaip ši planeta galėjo įgyti tokį stipriai anglimi praturtintą cheminį sudėtį. Tai tarsi paneigia visus iki šiol žinomus formavimosi scenarijus.
Norint suprasti šią keistenybę, pirmiausia reikia pažvelgti į žvaigždę, aplink kurią ji skrieja – PSR J2322-2650 (be „b“ gale). Tai maždaug už 2055 šviesmečių esančios sistemos centras – vadinamasis milisekundinis pulsaras, ypatingas neutroninės žvaigždės tipas.
Vien neutroninė žvaigždė yra kraštutinis objektas: tai milžiniškos žvaigždės, žuvusios supernovos sprogime, itin tankus, suiręs branduolys. Tokios liekanos gali būti net iki 2,3 karto masyvesnės už Saulę, tačiau viskas telpa į vos 20 kilometrų skersmens rutulį.
Neutroninė žvaigždė tampa milisekundiniu pulsaru tada, kai jos sukimasis įsibėgėja iki beprotiško greičio. PSR J2322-2650 atveju vienas apsisukimas trunka tik apie 3,46 milisekundės. Iš savo polių tokie objektai skleidžia labai tikslias, periodiškas radijo ir gama spindulių sroves – tarsi švyturiai kosmose.
Būtent šios radijo impulsų sekos netolygumai ir išdavė, kad šalia pulsaro yra kažkas daugiau. 2017 metais astronomai pastebėjo, kad spinduliuotės periodiškumas šiek tiek „šlubuoja“. Išanalizavus impulsų laiką paaiškėjo, jog šiuos svyravimus sukelia nematomas objektas, kurio masė sudaro apie 80 procentų Jupiterio masės ir kuris apskrieja pulsarą kas 7,8 valandos – tai ir buvo planeta PSR J2322-2650b.
Ilgą laiką tai buvo beveik viskas, ką žinojome apie šią sistemą, kol ją detaliau ištirti neėmėsi Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST). Šis teleskopas stebi Visatą infraraudonųjų spindulių ruože ir yra „aklas“ stipriausiai pulsaro radijo bei gama spinduliuotei. Dėl to planeta, kurią apšviečia jos žvaigždė, JWST akivaizdoje tampa gerai matoma, o pats pulsaras – beveik nematomas. Tai suteikė išskirtinę galimybę gauti labai „švarius“ planetos atmosferos duomenis.
Astronomė Maya Beleznay iš Stanfordo universiteto pažymi, kad ši sistema unikali būtent tuo, jog galima stebėti pulsaro apšviestą planetą nematant pačios žvaigždės. Dėl to pavyko užfiksuoti labai aiškią spektrinę informaciją ir ištirti šią planetą kur kas detaliau, nei įprasta tiriant kitas egzoplanetas.
JWST atlikti matavimai pateikė visą pluoštą duomenų apie egzoplanetos atmosferą: vėjo greitį ir kryptį, temperatūrą, cheminę sudėtį.
Pagal ankstesnius egzoplanetų atmosferų tyrimus ir pagrindinius chemijos dėsnius mokslininkai turi gana aiškų vaizdą, kokių molekulių ir struktūrų galima tikėtis planetų apvalkalų sluoksniuose. Kadangi PSR J2322-2650b yra pirmoji pulsaro planeta, kurios atmosfera buvo taip išsamiai ištirta, buvo galima tikėtis tam tikrų netikėtumų, tačiau niekas nesitikėjo to, ką parodė Webb teleskopas.
Pirmiausia, dėl itin artimos orbitos planeta yra stipriai tempiama pulsaro gravitacijos, todėl jos atmosfera išsitampo ir įgauna pailgą, „amerikietiško futbolo kamuolio“ formą. Be to, atmosfera nuolat plakama intensyvios gama spinduliuotės, kuri ją įkaitina iki maždaug 1900 kelvinų (apie 1630 °C, arba 2960 °F). Tai gerokai daugiau nei maždaug 1300 kelvinų temperatūra, kuri susidarytų vien nuo žvaigždės šiluminės spinduliuotės.
Kitas neįprastas reiškinys – atmosferos judėjimas. Ji aplink planetą keliauja į vakarus, o pati planeta, sinchronizuota su savo orbita aplink pulsarą, sukasi į rytus. Taigi visas dujų apvalkalas juda priešinga kryptimi, nei planetos sukimasis, kas yra itin neįprasta ir prieštarauja tipiniams atmosferų cirkuliacijos modeliams.
Tačiau tikroji „beprotybė“ prasideda pažvelgus į cheminę sudėtį. Atmosferoje yra tiek daug anglies, kad, tikėtina, žemesniuose sluoksniuose ji gali kristalizuotis į deimantų lietų. Vietoj įprastų molekulių, kurių mokslininkai tikisi aptikti egzoplanetų atmosferose – vandens garų, metano, anglies dvideginio – čia dominuoja grynos anglies molekulės C3 ir C2.
Michaelio Zhango teigimu, tai – visiškai naujo tipo planetos atmosfera, kokios dar niekas nebuvo matęs. Dujų sudėtis neprimena nei įprastų dujų milžinių, tokių kaip Jupiteris ar Saturnas, nei kitų iki šiol tirtų egzoplanetų.
Norint suprasti, kaip galėjo susidaryti tokia keista sistema, reikia atsakyti dar į vieną klausimą: kaip apskritai galėjo išlikti planeta tokioje vietoje, kai jos šeimininkė žvaigždė sprogo supernova ir sugriuvo į neutroninę žvaigždę? Tyrėjų išvada – labai paprasta: PSR J2322-2650b, greičiausiai, ir neišliko. Bent jau ne tokia, kokia buvo iš pradžių.
Remdamiesi planetos savybėmis, Zhangas ir jo kolegos spėja, kad ji savo gyvenimą pradėjo ne kaip planeta, o kaip helio žvaigždė – tai yra žvaigždė, kurios išorinius sluoksnius sudaro daugiausia helis.
Yra žinomas tam tikras pulsarų tipas, vadinamieji „juodvydės“ (angl. black widow) pulsarai. Jie egzistuoja dvinarėse sistemose su kita žvaigžde ir pamažu ją „ėda“ – stipri spinduliuotė ir dalelių srautai iš pulsaro ilgainiui nuplėšia kaimynės išorinius sluoksnius, tarsi juodvydė vorė ryja savo patiną. Tokia lėta žvaigždės erozija galėjo paversti kadaise normalią helio žvaigždę į labai smarkiai aptirpintą objektą su helio turtingu vidumi ir anglies „prieskoniu“ atmosferoje.
Net ir taip paaiškinus helio gausą ir anglies perteklių, mįslių dar lieka. Astrofizikas Rogeris Romani iš Stanfordo universiteto ir Kavli dalelių astrofizikos ir kosmologijos instituto atkreipia dėmesį, kad vėstant buvusios žvaigždės vidui anglies ir deguonies mišinys turėtų pradėti kristalizuotis. Gryni anglies kristalai, lengvesni už aplinką, turėtų kilti aukštyn ir maišytis su helio sluoksniu – būtent tai, regis, ir stebime. Tačiau kažkas turi sulaikyti deguonį ir azotą nuo patekimo į šią išorinę sritį, ir čia prasideda mokslinė diskusija.
Objekto masė nebėra pakankama, kad jo šerdyje vyktų branduolių sintezė, todėl jo nebegalima vadinti nei žvaigžde, nei net rudu nykštuku. Tai dar viena sistema, kuri tarsi trina ribą tarp žvaigždžių ir planetų – ar ši „planeta“ iš tiesų yra planeta, ar stipriai „sulydyti“ žvaigždės griaučiai?
Ateities stebėjimai turėtų padėti geriau suprasti šios nepaprastai keistos sistemos prigimtį. Kol kas mokslininkams tai – intriguojanti mįslė. Romani teigimu, malonu, kai nežinai visko iš anksto: tai suteikia galimybę gilintis, klausti ir atrasti. PSR J2322-2650b atvejis puikiai parodo, kad Visata vis dar kupina netikėtų, mūsų vaizduotę pranokstančių objektų.
