Analýza: přes 700 potvrzených exoplanet od Keplera

www.novedalekohledy.cz
Přibližné počty objevených exoplanet od roku 1995 do dneška. Credit: NASA
Přibližné počty objevených exoplanet od roku 1995 do dneška. Credit: NASA

Počet potvrzených exoplanet se ze dne na den zvýšil o 70%.

Ve středu 26. února večer ukazovalo počítadlo největšího katalogu exoplanet cifru 1077 objevených exoplanet. V 19. hodin našeho času to mělo být už o více než 700 více. Počet známých exoplanet tím stoupl o nějakých 70% a to díky kosmickému dalekohledu Kepler, který se nyní chystá na svou druhou misi (viz v minulém článku).

Jak moc je to významná událost? Zemětřesení v katalozích je především číselné. Vždyť první planeta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena v roce 1995 a 500 známých exoplanet padlo v roce 2010.

Tvář celého oboru se ale rozhodně nezměnila, protože informace o ještě větším počtu kandidátů (nepotvrzených exoplanet) kolují už poměrně dlouho a byly proprány v mnoha odborných článcích i na konferencích.

Astronomové potvrdili více než 700 kandidátů ve dvou studiích a to díky novému postupu, který byl označen jako „potvrzení díky mnohačetnosti“. Na paškál si vědci vzali pouze část kandidátů, předem vybraných podle určitých kritérií: oběžná doba delší než 1,6 dne, solidní poměr signál šum ale především se jedná pouze o ty systémy, které obsahují více než jednoho kandidáta.

Kandidáti v multiplanetárních systémech mají obvykle mnohem větší pravděpodobnost existence, než osamocené tranzitující planety. Zkusme si to trochu zjednodušit. Představte si světelnou křivku (graf závislosti jasnosti na čase) od Keplera, ze které je patrné, že u hvězdy dochází k periodickým poklesům jasnosti. Nejdříve je potřeba vyloučit všechny možné příčiny falešného poplachu. Na konci máte diskusi o dvou možnostech: pozorujete planetární systém nebo vícenásobný hvězdný systém. Jistě, možná vás napadne, že obří hvězda musí způsobit větší pokles jasnosti, takže je snadno rozlišitelná od planety. Může se ale stát, že dvě hvězdy obíhají kolem společného těžiště a menší z hvězd zakrývá tu větší pouze částí svého povrchu, což způsobuje mělčí poklesy jasnosti a jeví se to jako planeta.

Na stole tak můžete mít například dvě varianty (zjednodušujeme): okolo hvězdy obíhají další dvě hvězdy (respektive všechna tělesa obíhají okolo společného těžiště) nebo zde máte hvězdu se dvěma planetami. Díky simulacím zjistíte, že první systém je nestabilní, nemůže existovat a tak vítězí planetární systém.

 

Tento systém validace má podle autorů potvrdit existenci planety z 99%, takže v nově uveřejněném balíku máme možná dvě falešné exoplanety, což není špatné a dokonce ani nikterak neobvyklé. Čas od času je z katalogu exoplanet některý člen vyhozen, neboť je jeho existence zpochybněna.

Zvolený postup konfirmace je možné použít pouze za vícenásobné planetární systémy. Jedná se samozřejmě o mnohem rychlejší proces ve srovnání třeba s měřením radiálních rychlostí, kde se musí vzít jednotlivé hvězdy a delší dobu pozorovat jejich spektra. Na druhou stranu nám tato metoda neposkytne přesný údaj o hmotnosti planet, takže je obtížné si o nich udělat přesnější obrázek.

Mimochodem, Kepler dosud objevil u zhruba 700 hvězd více než jednu planetu a u zhruba 250 hvězd více než 3 planety. Obecně se předpokládá velká pravděpodobnost existence těchto kandidátů.

Analýza balíku

Nové studie potvrdily existenci celkem 851 exoplanet v 340 systémech. Určitá část z tohoto počtu byla potvrzena už dříve, takže nových planet je 768 v 306 systémech podle studie a 715 v 305 systémech podle tiskové konference. Rozdíl v číslech patrně souvisí s tím, že mezi napsáním a zveřejněním studií byly potvrzeny další planety. Celkem tak bylo potvrzeno oficiálně 961 exoplanet od Keplera a objeveno celkově 3845 kandidátů. Počet potvrzených exoplanet ale bude o něco větší (necelých 1000), protože katalog uvádí povětšinou jen ty, které potvrdili lidé okolo samotného týmu a nikoliv další týmy.

V oblasti exoplanet podobných Zemi (do 1,25 poloměru Země) vzrostl jejich počet o 400%, ještě větší je nárůst v oblasti super-Zemí (1,25 až 2 Země), kde činí 600%. O 200% se rozrostl počet známých planet o velikosti Neptunu (2 až 6 Zemí). Naopak o pouhá 2% se zvýšil počet plynných obrů o velikosti nad 6 Zemí.

Počty exoplanet včera a dnes.
Počty exoplanet včera a dnes.

Podobné výsledky nejsou překvapivé. Před startem Keplera jsme objevovali zejména obří planety s krátkou oběžnou dobou, protože právě na ně jsou citlivé dvě nejvýkonnější metody (měření radiálních rychlostí a pozemská fotometrie). Kepler ale ukázal, že nejpočetnější skupinu exoplanet tvoří světy o něco větší než Země a Neptuni. Planet o velikosti menší než je Neptun (3,8 Země) je mezi novými přírůstky 94%.

Kepler-296 (KOI-1422)

Hodně zajímavý systém, o kterém se připravuje samostatná studie. Jedná se o dvojhvězdu s pěti planetami, které patrně obíhají okolo jedné ze dvou hvězd. Čtyři planety mají poloměry kolem 1,8 až 2,2 Země a oběžné doby 5,8 až 63 dní. Nejbližší planeta má poloměr o něco menší než Země a oběžnou dobu jen 3,6 dní. Zejména planeta „f“ (1,8 poloměrů Země) by se teoreticky mohla pohybovat v okolí obyvatelné oblasti. Od svého slunce dostává teoreticky o 30% více záření než Země od Slunce. Veškeré parametry je ovšem nutné brát s rezervou. V pozitivně laděných tiskových materiálech se už totiž nepíše, že není zcela zřejmé, okolo které z dvou hvězd planety obíhají. Obě složky dělí asi 22 obloukových vteřin a Keplerovi splývají. Pokud by planety obíhaly okolo menší z hvězd, bylo by všechno jinak.

Planetární systém Kepler-296. Zeleně je znázorněná obyvatelná oblast. Credit: NASA
Planetární systém Kepler-296. Zeleně je znázorněná obyvatelná oblast. Credit: NASA

 

Nejpočetnějším systémem v balíku je Kepler-90 (KOI-351) se sedmi planetami, který už ale byl potvrzen dříve (viz článek).

Systém KIC 11442793 / KOI-351

Planeta
Oběžná doba (dny)
Velká poloosa (AU)
Poloměr (Re)
b
7
0,074
1,3
c
8,7
0,089
1,2
d
59,8
0,32
2,8
e
91,9
0,42
2,7
f
124,9
0,48
2,9
g
210
0,7
8,1
h
331
1,0
11,3

 

Pět planeta pak obíhá okolo hvězdy Kepler-169 (KOI-505):

První tři mají poloměr kolem 1,2-1,3 Země a oběžné doby 3,2; 6,2 a 8,4 dny.

Další dvě vnější planety s poloměry 2,2 a 2,6 Země obíhají okolo hvězdy s periodou 13,7 a 87 dní. Mateřská hvězda je o něco méně hmotná a chladnější než Slunce, přesto žádná z planet nebude mít podmínky k životu. Podle autorů studie je možná ještě existence šesté planety s oběžnou dobou 30 dní.

Další početné systémy

Součástí studie je také ověření již dříve potvrzených systémů s pěti planetami: Kepler-62 a Kepler-33. Naopak jisté pochyby se vznášejí nad dříve potvrzenými planetami v systému Kepler-20 a to konkrétně u dvou z pěti planet o velikosti Země.

Planetární systém Kepler-62

Planeta
Hmotnost (Mz)
Poloměr (Rz)
Oběžná doba (dny)
Velká poloosa (AU)
Rovnovážná teplota (°C)
b
8,8
1,2
5,7
0,055
430
c
4,0
0,5
12,4
0,0929
300
d
14
1,9
18,2
0,12
210
e
35
1,6
122,4
0,427
-3
f
35
1,4
267,3
0,718
-68

Systém Kepler-32 podle autorů obsahuje 4 planety ale pátá má příliš krátkou oběžnou dobu (0,7 dny), takže nebyla součástí validace.

Systémů s pěti planetami je ale v balíku více, povětšinou se jedná o planetární systém se světy typu super-země nebo podobné Neptunu. Mezi takové patří Kepler-238 a Kepler-292.

Rozložení jednotlivých nových exoplanet. Graf představuje závislost poloměru planet a oběžné doby. Credit: NASA
Rozložení jednotlivých nových exoplanet. Graf představuje závislost poloměru planet a oběžné doby. Credit: NASA

Obyvatelné planety

Přestože zde máme přes 700 nových exoplanet, žádná není kvalitním kandidátem na obyvatelný svět. Kromě mínění Kepler-296 f obíhají v obyvatelné oblasti jen další tři nové:

  • Kepler-174 d: 2,2 Země, oběžná doba 247 dní, povrchová rovnovážná teplota cca 200 K.
  • Kepler-298 d: 2,5 Země, oběžná doba 77 dní, povrchová rovnovážná teplota cca 290 K
  • Kepler-309 c: 2,5 Země, oběžná doba 105 dní, rovnovážná teplota na povrchu cca 270 K

Ve všech případech se jedná spíše o planety podobné Neptunu. Absence většího počtu obyvatelných planet není úplně překvapující. Tyto planety budou mít spíše delší oběžnou dobu a při ověřování byla nutná detekce minimálně tří tranzitů. Navíc byli kvůli množství dat analyzování jen kandidáti objevení v kvartálech 1 až 8, tedy na počátku mise (zhruba od dubna 2009 do první poloviny roku 2011).

Katalog potvrzených exoplanet od Keplera naleznete na adrese http://kepler.nasa.gov/Mission/discoveries/

Zdroje:

Validation of Kepler’s Multiple Planet Candidates. III: Light Curve Analysis & Announcement of Hundreds of New Multi-planet Systems

Validation of Kepler’s Multiple Planet Candidates. II: Refined Statistical Framework and Descriptions of Systems of Special Interest