Kepler: více multi než jsme čekali?

Planetární systém u hvězdy Kepler-11 v představách malíře. Credit: NASA
Planetární systém u hvězdy Kepler-11 v představách malíře. Credit: NASA

Na posledním zasedání Americké astronomické společnosti v Seattlu byl představen objev druhé exoplanety u hvězdy Kepler-10. Tým okolo lovce exoplanet také debatoval o objevu multiplanetárních systémů kosmickým dalekohledem. Jejich počet je mnohem větší, než se původně čekalo.

 


Jako multiplanetární systéme označujeme případ, kdy okolo hvězdy obíhá více než jedna planeta. Nalezení více planet u jedné stálice není samozřejmě žádným překvapením. Tranzitní metoda je však v tomto případě zatížena poměrně velkým „observačním balvanem“. Abychom nalezli exoplanetu touto metodou, musí její rovina oběžné dráhy směřovat téměř přesně k nám. Jen a pouze tehdy můžeme pozorovat poklesy jasnosti hvězdy v okamžiku, kdy planeta před ní přechází.

 

Nalézt exoplanetu tranzitní fotometrií vyžaduje nutnou dávku štěstí. Představme si, že máme planetární systém, který je věrnou kopií Sluneční soustavy. Pravděpodobnost, že objevíme „Zemi“ tranzitní metodou je pouze 0,46%. V případě Jupiteru pak dokonce pouze 0,08%. Pravděpodobnost, že oběžná rovina planety bude směřovat k vám je dána vztahem:

(r* / a).100,

 

kde r* je poloměr hvězdy, a je velká poloosa planety.

 

Pokud bychom si představili tisíce planetárních systému jako je ten náš (stejný poloměr mateřské hvězdy a stejné vzdálenosti planet), pak bychom tranzitní metodou byli schopni nalézt jen jednu z 217 Zemí, jednoho z 1250 Jupiterů nebo jednoho z 6250 Neptunů!

 

Planeta
Velká poloosa
Pravděpodobnost
Merkur
0,4 AU
1,16%
Venuše
0,7 AU
0,66%
Země
1,0 AU
0,46%
Mars
1,5 AU
0,31%
Jupiter
5,2 AU
0,08%
Saturn
9,5 AU
0,05%
Uran
19,6 AU
0,023%
Neptun
30,0 AU
0,016%

 

Právě proto se při tranzitní metodě pozoruje současně několik desítek tisíc hvězd, aby byla šance najít aspoň něco.

 

Vše, co jsme popsali, se ovšem týká pouze jednotlivých planet. Pokud chceme u jedné hvězdy nalézt dvě a více planet tranzitní metodou, je to skutečně zapeklitý problém. Tyto dvě nebo i více planet musí obíhat v téměř stejné rovině. Selský rozum velí, že tato podmínka by měla být hravě naplněna. Vždyť planety vznikají z velmi tenkého a plochého disku z prachu a plynu. Jenomže oběžné roviny planet jsou po jejich vzniku rozhozeny vzájemnými gravitačními interakcemi. Obecně bychom mohli říci, že planety Sluneční soustavy obíhají téměř v jedné rovině. Pokud se podíváte třeba na výborný simulátor solarsystemscope.com, dáte nám asi za pravdu. Jenomže slovo téměř je v tomto případě zcela na místě. Například oběžná rovina Merkuru je vůči rovině zemské oběžné dráhy skloněna o 7°, což sice není příliš postřehnutelné ale je to dost. Rozhodně je to dost na to, aby případný pozorovatel z cizího planetárního systému nenalezl tranzitní metodou všechny planety Sluneční soustavy. Při nutné dávce štěstí dost možná naleznete maximálně 6 planet, chybět mu budou zejména Merkur a Venuše.

 

Co tím vším chceme říci? Že nalézt více exoplanet u jedné hvězdy je velmi ale opravdu velmi obtížné, všechny planety by totiž musely obíhat v téměř stejné rovině nebo přesněji by se jejich roviny oběžných drah nesměly lišit o více než cca 1°.

 

Od Keplera se tedy očekávalo všechno možné, jen ne objevy většího množství multiplanetárních systémů. Realita je ovšem výrazně odlišná!

 

V únoru představil tým Keplera údaje o 1235 kandidátech, kteří byli objevení u 997 hvězd. Přičemž u 170 hvězd se podařilo nalézt dva a více kandidátů:

  • U 115 hvězd byli nalezeni dva kandidáti.
  • U 45 hvězd byli nalezeni tři kandidáti.
  • U 8 hvězd byli nalezeni čtyři kandidáti
  • U 1 hvězdy bylo nalezeno pět kandidátů
  • U 1 hvězdy bylo nalezeno hned šest kandidátů, které už ale byly převedeny do podoby oficiálních objevů, jedná se o systém u hvězdy Kepler-11 – viz náš předešlý článek.

 

Tyto počty jsou velmi překvapující a naznačují, že „ploché“ planetární systémy nemusí být ve vesmíru zase tak vzácné, jak jsme si mysleli. Není bez zajímavosti, že většina kandidátů v těchto potencionálních multiplanetárních systémech má velikost jako Neptun a menší. Naopak je u nich absence obřích planet o velikosti Jupiteru. Tento jev je poměrně logický, neboť právě hmotné planety naruší stabilitu systému nejvíce a rozhodí oběžné dráhy svých sester.

 

Planetární systémy s více než jednou tranzitující planetou mohou být pro astronomy velmi přínosné. Obě planety na sebe totiž působí svou gravitací a nepatrně si tak mění parametry oběžných drah. Tento jev se projeví tím, že k tranzitům před mateřskou hvězdou dochází nepravidelně (odchylky mohou dělat až desítky minut). Na základě metody tzv. časování tranzitů pak lze vypočítat hmotnost jednotlivých planet. Poprvé se toho naplno využilo u již potvrzeného systému u hvězdy Kepler-11.

 

Pokud bychom se dnes podívali do katalogu potvrzených tranzitujících exoplanet, nalezneme tam 3 multiplanetární systémy:

 

  • Kepler-10 (dvě tranzitující planety)
  • Kepler-9 (tři tranzitující planety)
  • Kepler-11 (šest tranzitujících planet)

 

Samozřejmě existují případy, kdy máme multiplanetární systém, ve kterém byla jedna planeta objevena tranzitní metodou a další jedna a více planety byly nalezeny metodou měření radiálních rychlostí, avšak netranzitují.

 

Zdroj: sciencedaily.com