Na exoplanety se díváme klíčovou dírkou, je třeba otevřít dveře

Není to téma, které by bylo pro veřejnost tak atraktivní jako třeba hledání exoplanet podobných Zemi. Přesto je klíčové pro pochopení vzniku a vývoje planet ve vesmíru.

Exoplaneta HD 85512 b v představách malíře. Credit: ESO/M. Kornmesser
Exoplaneta HD 85512 b v představách malíře. Credit: ESO/M. Kornmesser
www.novedalekohledy.cz

Na svět exoplanet se díváme přes klíčovou dírku. Zásluhou Keplera toho vidíme hodně, ale je to přece jen klíčová dírka.

V prvních letech jsme objevovali obří planety, které obíhají blízko svých sluncí. Ne, že by snad tyto světy byly ve vesmíru typické, to jen metody detekce takové planety odhalovaly nejsnáze. Radiální rychlosti i tranzitní fotometrie jsou nejlepší na hledání planet s krátkou oběžnou dobou, respektive takových, které obíhají blízko od svých hvězd. Přímé zobrazení je pak citlivé na planety daleko od hvězd. A mezi tím? Prázdno.

Jaké planety existují 2, 5, 10, 30 AU od hvězd? Je jich tam hodně, málo? Bohužel dnes nevíme.

Katalog exoplanet.eu neodráží stoprocentní realitu objevů. Jsou v něm i objekty, které zřejmě budou spíše hnědými trpaslíky, některé objevy chybí a u jiných zase chybí všechny údaje. Dobrým příkladem je OGLE-2008-BLG-092Lb. Planeta, objevená metodou gravitačních mikročoček, je zřejmě prvním opravdovým „Neptunem“. Má zhruba stejnou vzdálenost oběžné dráhy i hmotnost. V katalogu ale velkou poloosu nenajdete, z dat ji totiž vědci jen odhadli.

Přesto jsme se pro analýzu rozhodli využít právě katalog na exoplanet.eu, abychom demonstrovali to prázdno a pohled na exoplanety jen přes symbolickou klíčovou dírku.

Odfiltrovali jsme objekty o hmotnosti větší než 13 Jupiterů. Máme tak celkem 1 768 exoplanet. U 1 687 máme uvedenou velkou poloosu dráhy. Z tohoto počtu:

  • 1 344 exoplanet obíhá do vzdálenosti 1 AU
  • 1 240 (z celkového počtu) do vzdálenosti jen 0,5 AU
  • 1 151 do vzdálenosti 0,3 AU

1 AU = střední vzdálenost Země od Slunce. Když se podíváme „opačným směrem“, pak zde máme ve vzdálenosti:

  • 1-2 AU:  149 exoplanet
  • 2-3 AU: 76 exoplanet
  • 3-4 AU: 41 exoplanet
  • 4-5 AU: 17 exoplanet

Nám jde ale primárně o region ve vzdálenosti 5 až 30 AU, což je ve Sluneční soustavě zhruba region mezi dráhami Jupiteru a Neptunu. V tomto velkém prostoru známe 34 planet (2%)!

Z těchto 34 planet jsou jen 3 méně hmotné než Jupiter. Nejméně hmotnou je HD 99492 c (0,36 Mj, 5,4 AU). Dalších 5 planet má hmotnost 1 až 2 Jupitery. Ty ostatní jsou hmotnější (do 13 Jupiterů).

Nejvzdálenější tranzitní exoplanetou by mohl být kandidát KIC 5522786 b (1,98 AU). Ve vzdálenosti nad 1 AU známe dnes jen  11 z 1 147 známých exoplanet. Je to logické. U vzdálenějších planet klesá teoretická pravděpodobnost tranzitu ale také praktická. Na jednu stranu vzdálenější planety přecházejí delší dobu (Země 13 hodin, Jupiter 30), na straně druhé musíte vynaložit dost času na jejich objev. V případě Jupiteru, pokud byste chtěli pozorovat tři jeho tranzity, potřebujete minimálně 24 let. To je mimochodem stáří Hubblova dalekohledu.

Pomyslné dveře nám může otevřít zlepšování přímého zobrazení nebo astrometrie. Ta je ale ze Země zatím dost nepřesná a ta kosmická nemá potřebou výdrž.

V prosinci odstartovala do vesmíru družice Gaia. Ta bude kromě fotometrie hledat také planety astrometrickou metodou. Její přesnost bude:

  • U jasných hvězd typu Slunce: 5-14 mikrovteřin
  • U hvězd o jasnosti 15 mag: 24 mikrovteřin
  • U hvězd do jasnosti 20 mag: 540 mikrovteřin

Co lze takovou přesností objevit?

Planeta
5 pc (16 světelných let)
10 pc (32 světelných let)
20 pc (64 světelných let)
Jupiter 1 AU
200
100
50
Jupiter 2 AU
400
200
100
Jupiter 3 AU
600
300
150
Jupiter 4 AU
800
400
200
Jupiter 5 AU
1000
500
250
Změřená poloosa elipsy hvězdy α pro různé planety a různě vzdálené hvězdy. Údaje v mikrovteřinách

 

Gaia s ohledem na délku mise bude citlivá na planety podobné Jupiteru (a hmotnější) s velkou poloosou do 4 AU.