Vesmírní bubáci v okolí našeho Slunce? Aneb o hnědých trpaslících a Jodie Foster

Exoplaneta MOA-2007-BLG-192Lb obíhá okolo hnědého trpaslíka. Autor: NASA
Exoplaneta MOA-2007-BLG-192Lb obíhá okolo hnědého trpaslíka. Autor: NASA

Tak blízcí a přitom tak vzdálení. Řeč je o exoplanetách a hnědých trpaslících. Obě kategorie vesmírných těles si jsou hmotnostně velmi blízko. Objevy prvních zástupců obou kategorií byly oznámeny téměř ve stejnou hodinu. Zatímco exoplanety jsou současným mediálním tahounem astronomie, o hnědých trpaslících se dočtete už podstatně méně. Paradoxem je fakt, že výzkum těchto zvláštních těles může hravě vyvolat ono tajemné mrazení v zádech, na které jsme zvyklí při povídání o vzdálených planetárních světech.

 



Před pár týdny byla zveřejněna studie, která by se dala označit za poselství jednoho kosmického dalekohledu druhému. „Vamos WISE, tvůj Spitzer“. Slavný a dosluhující infračervený kosmický dalekohled Spitzer se zahleděl do rozličných končin Galaxie v souhvězdí Pastýře.

 

Spitzer hledal hnědé trpaslíky a byl úspěšný. V jeho sítích uvízlo hned 14 nových kousků. Povrchová teplota všech se odhaduje na 450 až 600 K. Nejchladnější z nich tak dosahuje teploty jen asi 177°C, což je výrazně méně než teplota mnoha dosud objevených exoplanet.

 



 

Nové přírůstky se nacházejí poměrně daleko od nás (řádově stovky světelných let), ale vnášejí čerstvý vítr do léta trvající debaty. Podle mnohých předpokladů jsou hnědí trpaslíci „vesmírnými bubáky“. Co tím myslíme? Když se večer zahledíte pouhým okem na oblohu, uvidíte stovky jasných i méně jasných hvězd. V konfrontaci s katalogem nejbližších stálic ale narazíte na problém. Velká část vesmírných sousedů našeho Slunce jsou červení trpaslíci. Na obloze ale okem neuvidíte ani jednoho. Červení trpaslíci jsou malé a relativně chladné hvězdy, které vyzařují jen málo světla, takže nalézt je představuje pro astronomické dalekohledy poměrně tvrdý oříšek.

 

Jestli je situace s červenými trpaslíky složitá, pak v případě hnědých trpaslíků je přímo tragická. Hnědí trpaslíci jsou ještě menší a vyzařují jen velmi, velmi, velmi málo světla a to zejména v oblasti infračerveného záření.

 

Někteří astronomové se domnívají, že v kosmickém sousedství našeho Slunce existují stovky hnědých trpaslíků, o kterých zatím nemáme ani ponětí. Je docela možné, že jejich počet v okruhu 25 světelných let je srovnatelný s počtem hvězd!

 

Symbolický štafetový kolík po dalekohledu Spitzer nyní přebrala astronomická družic WISE. Dne 14. prosince 2009 se vydala do vesmíru, odkud z oběžné dráhy ve výšce 525 km monitoruje vesmír v infračervené části spektra. Družice je vybavena dalekohledem o průměru 40 cm a měla by přinést výrazně lepší výsledky ve srovnání se svými předchůdci. Kromě výzkumu Sluneční soustavy a vzdáleného vesmíru by měla objevit i řadu nových hnědých trpaslíků.

 

Družice WISE

 

Jakousi metou a vytouženým cílem je nalezení hnědého trpaslíka, kterého v poslední studii Davy Kirkpatrick (Caltech) pokřtil zcela neoficiálním jménem Tyché. Nejedná se o překlep ve jménu slavného dánského hvězdáře ale o dceru Titána Ókeana a Téthys z řecké mytologie. Tyché byla bohyní šťastné náhody.

 

Tyché by se mohla nacházet poměrně blízko Slunce a ovlivňovat kometární jádra v Oortově oblaku. Jestli existuje, možná už brzy napoví družice WISE.

 

Když se řekne hnědý trpaslík

 

Existence hnědých trpaslíků byla předpovězena velmi dlouho před prvním reálným objevem. Hnědí trpaslíci tvoří logický přechod mezi planetami a hvězdami. Obecně se za hnědého trpaslíka považuje objekt o hmotnosti nad 13 Jupiterů. Tato hranice často způsobuje vrásky lovcům exoplanet. Pokud je exoplaneta objevena metodou měření radiálních rychlostí, známe dost často pouze spodní odhad hmotnosti. Exoplanety, které koketují okolo hranice 13 Jupiterů, tak mohou být ve skutečnosti hnědými trpaslíky.

 

První oficiálně potvrzený hnědý trpaslík Gliese 229 B obíhá okolo červeného trpaslíka. Na snímku z Hubblova dalekohledu tak chybí už jenom Sněhurka.
První oficiálně potvrzený hnědý trpaslík Gliese 229 B obíhá okolo červeného trpaslíka. Na snímku z Hubblova dalekohledu tak chybí už jenom Sněhurka.

 

Hnědí trpaslíci vznikají smršťováním zárodečného plynného mračna stejně jako normální hvězdy. Hmotnost „rodící se hvězdy“ však v tomto případě nepřekročí kritickou mez přibližně 0,075 Slunce. Aby se v nitru tělesa zažehla klasická termonukleární reakce, musela by teplota vyšplhat k hranici 8 milionů Kelvinů. Hnědý trpaslík do této fáze nikdy nedojde. Hustota v jeho nitru se postupně zvyšuje, až nakonec začne látka v jeho nitru elektronově degenerovat. Pod pojmem elektronová degenerace si můžeme představit stav, kdy je tlak tak vysoký, že se z atomů uvolní elektrony a pohybují se volně mezi nimi.

 

V centru hnědého trpaslíka probíhá po několik milionů let přeměna deuteria a lithia na hélium. Následně se vnější vrstvy hroutí, houstnou a také degenerují.

 

Hnědý trpaslík paradoxně není vůbec hnědý ale spíše červený. Pojem červený trpaslík už ale byl rezervován pro nejpočetnější typ hvězd v Galaxii a tak se hledaly jiné názvy. Kromě „netrpasličích“ názvů se uvažovalo o černém trpaslíkovi, co by odkazu na velmi malé množství záření, které tyto tělesa produkují. Černý trpaslík dnes sice v učebnicích astronomie najdeme, jedná se však o vychladlého bílého trpaslíka.

 

S názvem „hnědý trpaslík“ přišla v roce 1975 americká astronomka (*1944), která je dnes ředitelkou slavného Institutu SETI. Tarter se stala předlohou pro slavnou knihu Kontakt (1985) ještě slavnějšího astronoma a spisovatele Carla Sagana. Kniha se dočkala v roce 1997 filmového zpracování a hlavní roli si v něm zahrála herečka Jodie Foster.

 

Jill Tarter (vlevo) a Jodie Foster (ve filmu Kontakt)
Jill Tarter (vlevo) a Jodie Foster (ve filmu Kontakt)

 

V 80. letech měli astronomové k dispozici nejen název pro novou kategorii vesmírných těles ale i solidní teoretické základy. Chybělo však to hlavní – objev prvního představitele. To se povedlo až v roce 1988, kdy byl odhalen průvodce hvězdy GD 165. Do dnešních dní se ovšem nepodařilo zcela jednoznačně prokázat, že GD 165 B je skutečně hnědým trpaslíkem. V následujících letech byla objevena řada hnědotrpasličích kandidátů, avšak za prvního zcela jednoznačně potvrzeného hnědého trpaslíka je považován Gliese 229 B. Objekt má hmotnost 20 až 50 Jupiterů a nachází se ve vzdálenosti 19 světelných let. Jak už název napovídá, nejedná se o osamělý objekt. Hnědý trpaslík v tomto případě obíhá okolo červeného trpaslíka. Objev byl ohlášen v roce 1995 shodou okolností na stejné konferenci v italské Florencii, kde byla představena i první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti – 51 Peg b.

 

Klasifikace hnědých trpaslíků

 

  • Spektrální třída M – tzv. pozdní M trpaslíci. Jedná se o kategorii, která silně koketuje s nejméně hmotnými hvězdami – červenými trpaslíky. Pro odlišení hnědého trpaslíka od „normální hvězdy“ se často používá lithiový test. Zatímco ve spektru hnědého trpaslíka se stopy lithia často nachází, u normálních hvězd tomu tak není. V mladých hvězdách se sice zpočátku lithium také vyskytuje, poměrně rychle je však zneškodněno a přeměněno v helium. Lithiový test ale není úplně stoprocentní metodou.
  • Spektrální třída L – povrchová teplota se obvykle pohybuje od 1 250 do 2 000°C.
  • Spektrální třída T – v atmosférách těchto hnědých trpaslíků se nachází velmi často metan, který je jinak typický spíše pro obří plynné planety. Povrchová teplota je obvykle nižší než 1200°C.
  • Spektrální třída Y – zatím je pouze na papíře, ale již někteří známí hnědí trpaslíci možná do této kategorie spadají. Jedná se o velmi chladné hnědé trpaslíky s teplotou okolo 500 K.

 

Do dnešních dní se podařilo objevit na 750 hnědých trpaslíků spektrální třídy L a T. Katalog hnědých trpaslíků lze nalézt na spider.ipac.caltech.edu.

 

Osamocenými vlky, partnery i rodiči

 

Řada hnědých trpaslíků byla objevena v páru s normální hvězdou. Velké množství se však potuluje vesmírem zcela osamoceně. Pikantní snahou astronomů bylo objevení hnědého trpaslíka, okolo kterého by obíhala planeta.

 

2M1207

 

První exoplaneta u hnědého trpaslíka byla objevena v roce 2004 a dostala označení 2M1207 b. Hnědý trpaslík se nachází ve vzdálenosti asi 170 světelných let v souhvězdí Kentaura. Hmotnost exoplanety se odhaduje na 3 – 10 Jupiterů a okolo hnědého trpaslíka obíhá ve vzdálenosti přibližně 40 AU. O tomto podivuhodném páru jsme už psali v článku 2M1207b: exoplaneta co nahlodala naše představy

 

Exoplaneta 2M1207b u hnědého trpaslíka

 

MOA-2007-BLG-192L

 

V roce 2007 se podařilo pomoci metody gravitační mikročočky nalézt exoplanetu MOA-2007-BLG-192Lb, která má podle odhadů hmotnost jen 3,3 Země a obíhá okolo hnědého trpaslíka ve vzdálenosti 0,6 AU. Hmotnost hnědého trpaslíka se odhaduje na 60 Jupiterů.

 

Zdroje: