Analýza: vyřeší nejistou budoucnost NASA červení trpaslíci?

Exoplaneta u červeného trpaslíka. Autor: ESO

V posledních týdnech jsou horkým tématem plánované škrty v rozpočtu NASA a neexistence konkrétní koncepce americké kosmonautiky. Přestože se v této souvislosti mluví hlavně o pilotovaných letech, na kahánku má i výzkum exoplanet. Plány NASA na budoucí kosmické lovce exoplanet jsou ohroženy už jen proto, že hrstka „exoplanetárních“ astronomů nemá tak silné hlasivky jako fanatičtí zastánci pilotované kosmonautiky. V reakci na současnou situaci přichází astronomové s alternativním vývojem na poli hledání exoplanet zemského typu. Příští léta tak možná nebudou patřit kosmickým dalekohledům ale pozemním lovcům tranzitů.

 


Dnes nelze říci, kdy a v jaké podobě budou realizovány ambiciózní plány na budoucí kosmické lovce exoplanet. Kepler má snad svou misi do konce roku 2012 jistou, stejně tak by se do vesmíru měl okolo roku 2014 vydat James Webb Space Telescope (infračervený nástupce Hubblova dalekohledu). Ostatní plány jsou ale ukryté v nepropustné byrokratické mlze.

 

Mimo jiné i proto přicházejí astronomové s možnou alternativou, díky které bychom mohli v nejbližších letech objevovat exoplanety zemského typu, obíhající okolo svých hvězd v obyvatelné zóně.

 

Klíčem tranzity?

 

Astronomové do dnešních dní pozorovali tranzity u téměř 70 exoplanet. Tranzitní fotometrie nabízí poměrně širokou škálu výhod:

  • Dostupnost i malými amatérskými přístroji
  • Zjistitelný průměr exoplanety
  • Možnost detekce exoměsíců (teoreticky)
  • Možnost detekce prstenců exoplanety (teoreticky)
  • Možný výzkum chemického složení atmosféry exoplanety (již probíhá)

 

Princip tranzitní metody je poměrně jednoduchý. Pokud z našeho pohledu přechází exoplaneta před svou hvězdou, dojde řádově na několik hodin k poklesu jasnosti hvězdy. Při pozorování hvězd podobných Slunci je pokles jasnosti (hloubka tranzitu) obří planety o velikosti Jupiteru či Saturnu asi 1%. U planety o velikosti Uranu či Neptunu je to už jen asi 0,1% a detekovat planetu zemského typu znamená rozlišit pokles jasnosti o 0,01%.

 

Astronomové se v nejnovější studii zaobírali poměrně jednoduchou úvahou. Pokud u hvězdy byla odhalena alespoň jedna tranzitující exoplaneta, pak existuje poměrně velká pravděpodobnost, že také ostatní planety (pokud okolo hvězdy nějaké obíhají) budou tranzitovat. Planetární systémy vznikají z jednoho disku, takže by měly okolo hvězdy obíhají teoreticky téměř ve stejné rovinně.

 

Porovnání dvou mateřských hvězd

 

Aby to nebyly jen obecné úvahy, vzali si astronomové na paškál dvě známé tranzitující exoplanety. První je GJ 1214 b, která byla objevena na konci loňského roku projektem MEarth (viz článek z prosince 2009). GJ 1214 b má hmotnost asi 6 Zemí a průměr téměř třikrát větší ve srovnání s naší planetou. GJ 1214 b tedy jednoznačně spadá do kategorie tzv. super-Zemí. Exoplaneta obíhá okolo svého slunce s periodou 1,6 dní ve vzdálenosti 0,014 AU.

 

Druhou exoplanetou je „horký Neptun“ GJ 436 b. Ze všech známých exoplanet je GJ 436 b nejvíce podobná našemu Neptunu, alespoň co do velikosti a hmotnosti:

 

Porovnání exoplanety GJ 436 b a Neptunu

Parametr
GJ 436 b
Neptun
Hmotnost
22 Mz
17,1 Mz
Poloměr
4,3 Rz
3,8 Rz
Oběžná doba
2,64 dne
164,79 let
Mz - hmotnost Země, Rz - poloměr Země

 

GJ 436 b obíhá okolo své mateřské hvězdy ve vzdálenosti 0,029 AU s periodou 2,6 dne. Exoplaneta byla objevena v srpnu 2004 pomoci metody měření radiálních rychlostí, avšak později byly pozorovány i tranzity.

 

Srovnání velikosti Neptunu (vlevo) a exoplanety GJ 436 b. Zdroj: Wikipedie
Srovnání velikosti Neptunu (vlevo) a exoplanety GJ 436 b. Zdroj: Wikipedie

 

Nová studie ukazuje, že pravděpodobnost nalezení exoplanety zemského typu, obíhající v obyvatelné oblasti je výrazně větší v případě hvězdy GJ 1214 (25%), zatímco její kolegyně GJ 436 dává naději jen 1,5%.

 

Obě mateřské hvězdy jsou červenými trpaslíky, ale rozdílných velikostí a povrchových teplot. Právě tyto parametry byly při výpočtu pravděpodobnosti rozhodující. Obyvatelná oblast u hvězdy GJ 1214 se nachází blíže, takže případná exoplaneta v ní obíhající bude mít kratší oběžnou dobu. Pro nalezení takové exoplanety ze Země je to klíčové. Představte si, že chcete ulovit tranzitující exoplanetu s oběžnou dobou 1 roku. K poklesu jasnosti hvězdy v tomto případě dochází logicky jednou ročně a vám nikdo nezaručí, že se tak bude dít právě v době, kdy máte noc, jasno a mateřská hvězda je vysoko nad obzorem. Absence těchto komplikací je mimochodem hlavní výhodou dalekohledu Kepler, který může vybrané hvězdy pozorovat téměř nepřetržitě.

 

Porovnání hvězd GJ 436 a GJ 1214

Hodnota
GJ 1214
GJ 436
Hmotnost (Ms)
0,15
0,45
Poloměr (Rs)
0,21
0,46
Obyvatelná oblast **
od 0,046 AU do 0,068 AU
od 0,11 AU do 0,17 AU
Povrchová teplota
3026
3684
Pravděpodobnost *
25%
1,5%

 

U hvězdy GJ 1214 by podle simulací mohla být objevena exoplaneta o velikosti Země v obyvatelné zóně i současnými pozemními dalekohledy, zatímco kosmický dalekohled (např. Spitzer) by mohl objevit dokonce ještě menší planetární svět o velikosti přibližně Marsu. V obou případech jsou samozřejmosti velmi přesná data.

 

V případě pozemských dalekohledů by k objevení exoplanety zemského typu u hvězdy GJ 1214 bylo potřeba přibližně 3 týdnů neustálého pozorování, zatímco k odhalení stejné exoplanety u GJ 436 jsou nutné minimálně dva měsíce.

 

Kromě malé vzdálenosti obyvatelné zóny od hvězdy je další výhodou červených trpaslíků fakt, že se jedná o nejběžnější hvězdy v Galaxii. Mezi pozitivní aspekty planetárních systémů u červených trpaslíků můžeme také zařadit jejich velmi dlouhou životnost. Případná civilizace bude mít na svůj vývoj ještě více času než lidstvo.

 

Malá vzdálenost od mateřské hvězdy může mít však i negativní dopady v podobě vázané rotace (planeta je ke hvězdě natočena stále stejnou stranou), což nejspíše vzniku a vývoji života příliš svědčit nebude.

 

Doporučené odkazy:

 

 

Zdroje: