Analýza: Hledání exoplanet zemského typu a infračervená astronomie

Na Kanárských ostrovech nalezneme největší dalekohled světa - Gran Telescopio Canarias (GTC), který provozuje Španělsko, Mexiko a USA. Autor: Miguel Briganti (SMM/IAC)
Na Kanárských ostrovech nalezneme největší dalekohled světa - Gran Telescopio Canarias (GTC), který provozuje Španělsko, Mexiko a USA. Autor: Miguel Briganti (SMM/IAC)

Je velmi obtížné odhadnout budoucí vývoj v oblasti výzkumu exoplanet. Zatím to však vypadá, že zejména jednou věcí si můžeme být jistí. Většina exoplanet zemského typu bude v nejbližších letech patrně objevována u trpasličích hvězd. Zajímavý pohled do budoucnosti nabízí nepřímo studie F. Rodlera (Kanárský astrofyzikální institut) a jeho kolegů.

 


Nová studie se zabývá možnostmi hledání exoplanet u velmi chladných trpasličích hvězd v oblasti blízkého infračerveného záření. Ačkoliv to autoři neměli v úmyslu, jejich práce poměrně dobře popisuje trend, který se v nejbližších letech stane v oblasti hledání exoplanet dominantní.

 

Trpasličí hvězdy jsou zkrátka pro hledání exoplanet jako stvořené. Astrobiologové se sice příliš neshodnou na vhodnosti červených trpaslíků jako přístavu života, ale nás budou dnes zajímat exoplanety zemského typu co do proporcí, obyvatelnost necháme hezký spát.

 

Nejvíce exoplanet bylo dnes objeveno metodou měření radiálních rychlostí a tranzitní fotometrií. Prvně jmenovaná nedává zatím příliš mnoho šancí na nalezení exoplanet o hmotnosti Země u hvězd jako je Slunce. Tranzitní fotometrie je na tom sice nepatrně lépe (díky Keplerovi), ale ani tam se prozatím exoplanetární žně na poli exoplanet o velikosti Země nekonají.

 

Hloubka tranzitu přitom závisí na velikosti planety a mateřské hvězdy. U menších hvězd se tak budou planety o poloměru Země hledat přece jen lépe.

 

Pokud chceme mít o planetě komplexní představu a kromě poloměru znát i její hmotnost, musíme její mateřskou hvězdu prozkoumat metodou měření radiálních rychlostí. V tomto případě platí jednoduchá poučka. Změna amplitudy radiálních rychlostí závisí na výstřednosti planety, její hmotnosti a vzdálenosti od hvězdy. Klíčovým parametrem je však rovněž hmotnost samotné hvězdy. V případě trpaslíků, kteří mají hmotnost jen v řádu desetin Slunce, se exoplaneta zemského typu bude hledat daleko lépe.

 

Hvězdy jako jsou pozdní M trpaslíci (červení trpaslíci) nebo chladnější L trpaslíci vyzařují jen velmi málo v oblasti viditelného záření, jejich parketou je spíše záření infračervené. Jenomže současné spektrografy, které jsou instalovány na obřích dalekohledech a zaměřují se na hledání exoplanet metodou měření radiálních rychlostí, pracují především v oblasti viditelného záření.

 

Rodler a jeho tým provedli simulace a zjistili, že ideální parketou pro červené trpaslíky je oblast okolo 1 mikrometru, pro L trpaslíky pak okolo 1,25 mikrometru. Červení trpaslíci přitom dle odhadů tvoří asi 70% hvězd v Galaxii, takže se z hledání exoplanet rozhodně nejedná o chytání za konec stébla.

 

Do simulací byly zahrnuty všechny spektrální podtřídy od M0 do M9.5, které dosahují povrchové teploty od 2200 do 3700 K a hmotnosti od 0,07 do 0,5 Slunce.

 

Výsledky simulace

 

Pro trpaslíky spektrální třídy M9.5 o teplotě 2200 K je možné dosáhnout přesnost měření radiálních rychlostí pro jednotlivá spektrální rozlišení:

 

  • R = 20 000 přesnost 24,2 m/s
  • R = 40 000 přesnost 8,7 m/s
  • R = 60 000 přesnost 5,4 m/s
  • R = 80 000 přesnost 3,8 m/s

 

Tyto nejlepší výsledky byly docíleny pro pásmo Y, což znamená na vlnové délce 1 mikrometru.

 

V případě L trpaslíků (teplota 1800 K) je situace poněkud horší, neboť tyto hvězdy vyzařují málo světla a také rychle rotují. Přesto se podařilo nalézt zajímavé výsledky. Nejpřesněji lze radiální rychlosti měřit v pásmu J (1,25 mikrometrů):

 

  • R = 20 000 přesnost 77,0 m/s
  • R = 40 000 přesnost 61,8 m/s
  • R = 60 000 přesnost 50,9 m/s
  • R = 80 000 přesnost 41,9 m/s

 

Přehršel čísel vám asi mnoho nepoví, pro potřeby našeho článku postačí závěr studie, podle kterého lze nalézt u M trpaslíka exoplanetu o hmotnosti nepatrně větší než je Země při dosažení spektrálního rozlišení 60 000 a více. U L trpaslíků by stejné rozlišení mělo stačit na objev alespoň exoplanety o hmotnosti Neptunu.

 

Závislost hmotnosti exoplanety (v násobcích Země) na oběžné době pro jednotlivé spektrální třídy (M a L trpaslíci) a spektrální rozlišení R. Credit: R. Rodler a kol.
Závislost hmotnosti exoplanety (v násobcích Země) na oběžné době pro jednotlivé spektrální třídy (M a L trpaslíci) a spektrální rozlišení R. Credit: R. Rodler a kol.

 

Tolik teorie a nyní praxe

Už jsme zmínili, že v současné době jsou na obřích dalekohledech instalovány spektrografy pracující spíše v oblasti viditelného záření. Přístroje pro oblast blízkého infračerveného záření se už ale připravují.

 

NIRINTS (známý dříve jako NAHUAL): R ∼ 61 000

Jedná se spektrograf, který by měl být instalován na Velkém kanárském dalekohledu (GTC) s průměrem hlavního zrcadla 10,4 m, jenž byl nedávno uveden do provozu na Kanárských ostrovech pod taktovkou Španělska, Mexika a USA. Rozlišení by mohlo být v ideálním případě kolem 70 000. Termín spuštění není znám, projekt je prozatím ve stádiu příprav.

 

CARMENES: R ∼ 85 000

Spektrograf by měl být instalován na 3,5 m dalekohledu na observatoři Calar Alto ve Španělsku.

 

Poznámka:

 

Spektrální rozlišení R se vypočítá dle vztahu:

 

, kde Δλ je nejmenší rozdíl vlnových délek, který je možné rozlišit při vlnové délce λ.

 

Zdroj:

Detecting Planets around Very Cool Dwarfs at Near Infrared Wavelengths with the Radial Velocity Technique

 

 

 

www.novedalekohledy.cz