Exoplanety IV. – nultá exoplaneta

Pulsar
Pulsar
Když umírají hmotné hvězdy, dozví se o tom celá galaxie. Po výbuchu supernovy zůstává na místě bývalé obří hvězdy malé, husté a rychle rotující těleso – pulsar. Co když ale okolo původní hvězdy obíhala planeta? Mohla výbuch supernovy přežít? Má smysl hledat planetární průvodce pulsarů?

 



Supernovy…život dávají i berou?

 

Hvězdy jako je naše Slunce přeměňují ve svém nitru při termonukleární fúzi každou sekundu miliony tun vodíku na těžší hélium. Jakmile je ale palivo vyčerpáno, získá nadvládu gravitace a hvězda se začne hroutit. Teplota uvnitř naroste do takových rozměrů, že začne přeměna hélia na uhlík. V té době je už hvězda rudým obrem, odhazuje svou plynnou obálku a stává se bílým trpaslíkem – malou, hustou a pomalu chladnoucí hvězdou. Podobný osud čeká i naše Slunce.

 

Hmotnější hvězdy mají dramatičtější smrt. Jejich gravitace je natolik velká, že se při smršťování hvězdy dosáhne v jádru teploty, při které začne fúze uhlíku. Vznikají prvky jako kyslík, neon, křemík a nakonec i železo. To už je v jádru teplota 5 miliard Kelvinů a dochází k výbuchu supernovy. Hvězda doslova katapultuje svou plynou obálku do okolí rychlostí až 30 000 km/s a na okamžik zazáří jako 100 milionů Sluncí. Celá galaxie se tak dozví o jejím velkolepém konci. O osudu hvězdných pozůstatků rozhoduje jejich hmotnost. Pokud má jádro hvězdy hmotnost větší než asi 1,5 Sluncí, pokračuje smršťování dál a na místě hvězdy vzniká černá díra. Pokud je ale hmotnost menší, vzniká malý a hustý objekt se silným magnetickým polem. Do tělesa o průměru asi 10 až 30 kilometrů je vměstnána hmota větší než je naše Slunce. Takovému objektu říkáme neutronová hvězda.

 

Supernovy byly ale velmi důležité pro vznik života. Právě při těchto velkolepých událostech se do vesmíru dostaly těžší prvky, ze kterých se formují planety i život.

 

Neutronová hvězda se vyznačuje silným magnetickým polem a rychlou rotací. Takovým rychle rotujícím neutronovým hvězdám říkáme pulsary. Jeden z nejslavnějších byl objeven koncem 60. let v Krabí mlhovině v souhvězdí Býka. Na místě mlhoviny pozorovali výbuch supernovy staří Číňané v roce 1054. Dnes tam najdeme emisní mlhovinu o průměru 6 světelných let a v jejím centru pulsar, který má periodu 30 otáček za sekundu.

 

Z magnetických pólů pulsaru vylétávají velkou rychlostí nabité částice. Vzhledem k tomu, že magnetické póly jsou mírně posunuty oproti rotačním pólům, vytváří šroubovitý pohyb částic kolem magnetických siločárách v kosmickém prostoru kužel. Velmi to připomíná majáček sanitky, policejního auta apod. Proto se také tomuto modelu pulsaru, popsaném roku 1968 astrofyzikem Thomasem Goldem, říká majákový. Zasáhne-li nás svazek záření z pulsaru, zaznamenáváme impuls a to nejčastěji v rádiové části spektra. Po dalším pootočení pulsaru přichází další impuls a tak neustále dokola s fascinující přesností. Perioda těchto impulsů může být řádově v sekundách až tisícinách sekundy.

 

Pokud okolo pulsaru obíhá planeta, působí svou gravitací na pulsar a mění jeho pozici v kosmickém prostoru. Obě tělesa totiž obíhají okolo společného těžiště, které se vzhledem k nezanedbatelné hmotnosti planety nenachází v hmotném středu pulsaru, ale je mírně posunuté. Změny polohy pulsaru se projeví velmi nepatrným (ale dnes už měřitelným) zpožděním jednotlivých impulsů.

 

Planeta? Ale jděte…

 

V roce 1970 přichází američtí astronomové s objevem anomálie u pulsaru v Krabí mlhovině. Jedním z možných vysvětlení je podle nich přítomnost planety. Astronomická obec tuto teorii přijímá s úsměvem. Planeta u pulsaru? To je přece nemožné.

 

Mohla by planeta vůbec přežít výbuch supernovy? Vnitřní planety rozhodně nemají šanci a jsou nemilosrdně zničeny. Planety na vnějších oběžných drahách by ale výbuch přežit mohly. Vzhledem k tomu, že hvězda ztrácí významnou část své hmotnosti, reagují na to její oběžnice změnou dráhy – migrují směrem ven, oběžná doba se prodlužuje. Některé planety by dokonce mohly gravitační náruč hvězdy opustit. Astronomové přesto výskyt planety u pulsaru vylučovali a to především (zcela popravu) na vnitřních oběžných drahách.

 

Anomálie u pulsaru v Krabí mlhovině se nakonec vysvětlily oscilací hvězdy. Teorie o planetách okolo pulsarů na několik let utichly. O rozbouření klidných vod se postarali až v roce 1979 polští astronomové, výsledek byl ale nakonec obdobný jako v předešlém případě.

 

V dalších letech se sice objevilo ještě několik úvah, že anomálie toho či onoho pulsaru může být způsobena přítomnosti planety, nejednalo se ale většinou o nic významného, co by se zapsalo tučným písmem do historie astronomie.

 

Teprve v červenci 1991 vychází v časopise Nature studie třech britských astronomů. Matthew Bailes, Andrew Lyne a Setnam Shemar oznamují objev planety o hmotnosti 10 Zemí, která obíhá ve vzdálenosti 0,7 AU s dobou oběhu 184,4 dne okolo pulsaru PSR 1829-10. Povšimněte si především oběžné doby. Zdá se vám nějak podezřelá? Na první pohled zřejmě nikoliv, ale jedná se téměř přesně o půl roku. To nenechalo astronomickou obec v klidu a objev okamžitě zkritizovala. Jedná se o zcela zřejmou chybu ve výpočtu, půlroční doba oběhu nemůže být náhodná. A planeta u pulsaru? Vyloučeno! Objevitelé si ale za svou studií stáli a do karet jim hrála i pečlivost, kterou je Andrew Lyne pověstný.

 

Andrew Lyne byl opravdu pečlivý a k objevu se vrátil mezi vánočními svátky roku 1991. Pulsar PSR 1829-10 a jeho planetární průvodce mu nedali spát a znovu a znovu si procházel naměřená data. Nakonec ho to napadlo…nemůže být skrytá chyba ve výpočetním programu? Lyne si uvědomil, že výpočetní program pro zjednodušení nahrazuje eliptickou oběžnou dráhu Země za kruhovou. Lyne tento fakt zahrnul do výpočtu a planeta u pulsaru se nejednou rozplynula jako pára nad hrncem.

 

PSR 1257+12

 

Astronomové musí s pravdou ven. Už 15. ledna 1992 vystupuje Andrew Lyne na zasedání Americké astronomické společnosti v Atlantě a sype si popel na hlavu. Omlouvá se astronomické obci, která jeho statečnost odměňuje potleskem. O den později vychází odvolání objevu i v časopise Nature.

 

Andrew Lyne odchází se stupínku a se svým příspěvkem se chystá vystoupit Aleksander Wolszczan. Polský radioastronom oznamuje objev dokonce dvou exoplanet okolo pulsaru PSR 1257+12, který se nachází ve vzdálenosti 980 světelných let směrem v souhvězdí Panny.

 

Obecenstvo není jeho zprávou nikterak překvapeno, neboť se o objevu dozvídá o týden dříve 9. ledna 1992 z časopisu Nature. Traduje se dnes už slavná historka, že to byl právě Wolszczan, kdo Lynemu dodával odvahu a stál při něm ve chvíli, kdy se chystal omluvit za svůj objev.

 

Aleksander Wolszczan ohlásil se svým kolegou Dalem Frailym objev dvou exoplanet pomocí slavného radioteleskopu Arecibo, které okolo pulsaru obíhají s periodami 66 a 98 dní ve vzdálenosti 0,36 a 0,46 AU. Hmotnost obou exoplanet byla odhadnuta na 0,013 a 0,012 Jupiterů, tedy asi 4 Země.

 

Později byl oznámen objev ještě třetí exoplanety, která obíhá okolo pulsaru ve vzdálenosti 0,19 AU s dobou oběhu 25 dní hmotností jen asi 0,2 Země!

 


Aleksander Wolszczan
Aleksander Wolszczan
Aleksander Wolszczan se narodil 29. dubna 1946 v polském městě Szczecinek. Vystudoval fyziku na Univerzitě Mikuláše Koperníka v Turuni. V roce 1982 odchází pracovat do USA, kde pracuje na Cornell a Princeton University. Později se pak stává profesorem astronomie na Pennsylvania State University. V letech 1994 až 2008 pracoval na Univerzitě Mikuláše Koperníka v Toruni. Je držitelem řady významných ocenění. V roce 1996 obdržel od Americké astronomické společnosti cenu Beatrice M. Tinsley Prize. V rodném Polsku se dostal dokonce i na poštovní známky. V roce 2008 byl nominován na Nobelovu cenu za fyziku.


 

Wolszczanův objev přijala vědecká obec poměrně dobře a to i navzdory předcházejícímu neúspěchu jeho kolegů. Důvodů bylo hned několik. Oběžné doby obou exoplanet byly „normální“ a PSR 1257+12 je milisekundovým pulsarem. To znamená, že obíhá okolo společného těžiště s hmotnější hvězdou, které krade materiál. Z tohoto materiálu se okolo pulsaru utváří prstenec, nepříliš odlišný od protoplanetárního disku u mladé hvězdy. Podle současných teorií by se planety mohly zformovat právě z toho materiálu až po výbuchu supernovy.

 

Milisekundový pulsar (kresba)
Milisekundový pulsar (kresba)
Lze ale planety u pulsaru považovat skutečně za planety? Problém je především v neexistenci univerzální definice pojmu planeta. Astronomové jsou od přírody tvorové spíše konzervativní a tak by raději viděli normální planetu, obíhající okolo obyčejné hvězdy. Na jedné straně jsou planety u pulsarů běžnou součásti katalogů exoplanet, na straně druhé se obvykle jako datum objevu první exoplanety uvádí rok 1995. Do dnešních dní se podařilo objevit u 4 pulsarů celkem 7 exoplanet.

 

Zdroje: