Hledání kovového klíče k planetám zemského typu

www.novedalekohledy.cz
Obyvatelná exoplaneta v představách malíře. Credit: ESO/L. Calçada
Obyvatelná exoplaneta v představách malíře. Credit: ESO/L. Calçada

Metalicita je zaklínadlem exoplanetárního výzkumu. Ne vždy ale vše funguje.

„Vezmeme-li pak pod spektroskop paprsek jejich světla, nalezneme kovy týž, z nichž se i Země spletla“. Jan Neruda by se možná sám divil, jak blízko byl pravdě a jak dobře v Písních kosmických popsal problém, kterému čelíme 130 let od vydání jeho díla.

Hvězda i planety vznikají z jednoho těsta, ačkoliv se dnes hovoří také o planetách zrozených zcela bez hvězd. Studium složení hvězdy je tedy jakýmsi čtením prastaré kuchařky. Pokud je hvězda bohatá na kovy (prvky těžší než hélium), pak v původním mračnu byly podmínky pro vznik planet. Kovy jsou totiž důležité nejen pro vznik planet zemského typu ale také pro zformování jader obřích plynných obrů s pevným jádrem (existují také obři bez pevných jader).

Autoři nedávné studie zkoumali 1 166 kandidátů od Keplera s oběžnou dobou kratší než 100 dní a našli skutečně silné korelace mezi složením hvězdy nebo přesněji mezi obsahem kovů ve hvězdě (metalicitě) a přítomností planet.

Systémy s obry o poloměru 5 až 22 Zemí jsou 2,6x častější u hvězd bohatých na kovy než u těch s nízkou metalicitou. V případě planet podobných Neptunu (2-5 Zemí) je to 1,4x více.

Problémem jsou planety zemského typu o poloměru menším než 2 Země. V případě systémů s podobnou planetou nebo planetami žádná korelace objevena nebyla. Jako by to kamenným planetám bylo jedno, vznikají stejně u hvězd bohatých na kovy jako u hvězd na kovy poměrně chudých.

Studie ovšem není bleskem z čistého nebe. Neexistenci korelace pro malé planety naznačovaly už předešlé práce. Ve hře byla možnost, že za problémy stojí malý počet objevených planet zemského typu. Astronomie sice je založena na statistice a odvození závěrů o celku na základě studování malého vzorku, ale tento vzorek nesmí být až příliš malý. Dnes však máme v rukou tisíce kandidátů od Keplera a problém zůstává.

Existuje něco jako kritická hranice. Planeta pod touto hranicí by neměla existovat, neboť pro její vznik akrecí (postupným slučování materiálu v disku) jednoduše nebyl materiál. Tento vztah je daný metalicitou hvězdy a velkou poloosou. Zatím všechny planety touto zkouškou prošly. Nejblíže k hranici je KOI-2048.01, což je kandidát o poloměru 1,7 Země.

Závislost „kritické hranice“ na velké poloose naráží na jeden zásadní problém. Planeta dnes může obíhat někde úplně jinde, než kde vznikla. Migrace u plynných obrů je známa. Hůře jsou na tom planety zemského typu. Migrační mechanismy obřích planet u nich nefungují, mohly však migrovat nedobrovolně například vlivem stěhování obří planety. V poslední době nacházíme kamenné planety s velmi krátkou oběžnou dobou, které se pohybují v místech, kde rozhodně vzniknout nemohly (například Kepler-78b). Existenci mnoha z těchto „rychlých planet“ však nelze vysvětlit stěhováním obří planety, protože v systému žádná taková není.

Zdroj: The Metal-Rich Stars Get Richer in Planets For All But Planets With R_P <= 2 R_E