Niesamowity układ planetarny. TOI-3884b i jej dziwna orbita

TOI-3884 to czerwony karzeł oddalony o ok. 140 lat świetlnych od Ziemi. Wokół tej niepozornej gwiazdy krąży planeta skatalogowana pod numerem TOI-3884b. Pomiary samej planety wskazują, że jest to tzw. superneptun o promieniu ok. sześć razy większym niż Ziemia. Naziemne obserwacje tego układu planetarnego pozwoliły naukowcom ustalić, że regularnie planeta ta przechodząc na tle tarczy swojej gwiazdy, w trakcie tak zwanego tranzytu, przechodzi także na tle plam gwiazdowych (podobnych do plam słonecznych pojawiających się na powierzchni naszej gwiazdy dziennej). Ten nietypowy fakt został wykorzystany przez naukowców do zbadania aktywności magnetycznej gwiazdy, ale także do zbadania geometrii orbity planety wokół czerwonego karła.

Do swoich badań naukowcy wykorzystali instrumenty MuSCAT3 i MuSCAT4 zainstalowane na 2-metrowych teleskopach znajdujących się w Obserwatorium Las Cumbres. W lutym i marcu 2024 r. zarejestrowali oni trzy tranzyty z wyraźnymi sygnałami przejść przez plamy. Analiza zależności barwnej pozwoliła oszacować temperaturę plam, kluczową dla poprawnej interpretacji pomiarów tranzytów przez teleskopy takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST).

Analiza danych obserwacyjnych wykazała, że plamy są o ok. 200 K chłodniejsze od powierzchni gwiazdy (3150 K) i zajmują ok. 15 proc. widocznego dysku. Kształt sygnału przejść przez plamy zmieniał się między tranzytami w krótkiej skali czasowej, co badacze powiązali z rotacją gwiazdy, a nie ewolucją samych plam.

To jednak nie był koniec badań. Aby potwierdzić uzyskane wyniki, naukowcy postanowili przyjrzeć się gwieździe także za pomocą globalnej sieci 1-metrowych teleskopów LCO. Wielokrotne pomiary ujawniły wyraźną okresowość zmian jasności. Po raz pierwszy wyznaczono okres rotacji gwiazdy na 11,05 dnia.

Zgodność okresu rotacji z przesunięciami położeń plam obserwowanych podczas tranzytów pozwoliła jednoznacznie odtworzyć geometrię układu. Oś obrotu gwiazdy i oś orbity planety są niezgodne o ok. 62 stopnie. Tak duże nachylenie zwykle łączy się z dawnymi silnymi oddziaływaniami grawitacyjnymi. Co jednak ciekawe, w układzie tym jak na razie nie odkryto żadnych innych masywnych obiektów, takich jak inne masywne planety lub gwiazdy. Pod tym względem, układ TOI-3884 jest wyjątkowy.

Autorzy podkreślają, że TOI-3884b to priorytetowy cel dla badań atmosfer egzoplanet przy użyciu JWST. Dokładna charakterystyka plam gwiazdowych i geometrii orbity będzie kluczowa przy badaniach składu chemicznego atmosfery tej planety. Wyniki sugerują też, że duże polarne plamy mogą być częste u czerwonych karłów, nawet jeśli nie rotują one szczególnie szybko.