Prstence exoplanet: Astronomové je ještě nenašli, ale už jim komplikují život

Všechny obří planety Sluneční soustavy mají prstence. Ano, všechny a to včetně Jupiteru, kde ale nejsou tak výrazné jako u Saturnu. Mají prstence také exoplanety? Ano, je to velmi pravděpodobné. Prstence exoplanet mohou mít i konkrétní a dosti významné důsledky.

Saturn, credit: NASA
Saturn, credit: NASA
www.novedalekohledy.cz

Není to tak dávno, co i média hltala objev (nikoliv nový) exoprstenců u J1407b. V tomto případě je ale situace trochu jiná. Nepozorujeme exoplanetu, ale jen pravděpodobný tranzit obřích prstenců. Navíc ty možná neobklopují planetu ale hnědého trpaslíka.

Lovec exoměsíců David Kipping (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) a Jorge Zuluaga  (University of Antioquia) se ale zaměřili na skutečné exoprstence.

Představte si exoplanetu podobnou Saturnu s obřími prstenci, která přechází před svou hvězdou. Planeta způsobuje pokles jasnosti hvězdy, ale totéž udělají prstence. To je pro nás dobrá i špatná zpráva současně. Dobrou zprávou je, že takové prstence můžeme najít, špatnou je ovšem fakt, že to není tak jednoduché. Možná jsme už takové prstence našli, ale s trochou nadsázky je to problém.

Proč? Prstence způsobí, že tranzit planety trvá o něco déle a je navíc hlubší. Poznat to je ale těžké.

V případě planety podobné Saturnu může být hloubka tranzitu až 3x větší. To pak vede astronomy k tomu, že podobný tranzit vyhodnotí jako falešný poplach nebo přecení velikost planety. V tomto simulovaném případě až 1,7x.

prstence

Pokud známe hmotnost planety, což by neměl být u takto velkých exoplanet problém, můžeme vypočítat hustotu. Z normální hustoty kolem 700 kg/m3 (Saturn) nám vyleze ultra řídká planeta s hustotou 140 kg/m3, což je samozřejmě špatný údaj založený na chybně určené velikosti planety. Podobné exoplanety s nízkou hustotou přitom už známe.

V odstavcích výše a také v hodinách fyziky na základní škole jste se dozvěděli, že hustota souvisí s hmotností a hmotnost souvisí s gravitací. To nám celou situaci dále komplikuje.

Jak už jsme uvedli, prstence se postarají o delší tranzit a větší hloubku tranzitu. To první souvisí s velikostí hvězdy (čím je hvězda menší, tím je hloubka tranzitu pro stejně velkou planetu větší a opačně). To druhé závisí na orbitální rychlosti a tedy hmotnosti hvězdy. Když si trochu pohrajete, můžete z údajů o tranzitu vypočítat hustotu hvězdy.

Autoři studie zde zavádí efekt zvaný foto-prstenec (FP). Existence prstence totiž může znamenat i špatný odhad hustoty hvězdy. A právě zde se otevírají zadní vrátka. Hustotu hvězdy totiž můžeme zjistit i jinak, než na základě pozorování tranzitu planety – například pozorováním tranzitu další planety v systému nebo astroseismologií (měřením jasnosti hvězdy a studováním odchylek souvisejících s otřesy hvězdy).

Pokud se dvě na sobě nezávislé změřené hustoty hvězdy neshodují, můžeme zde mít planetu s prstencem.

Zajímavý je také vliv sklonu prstenců. U Saturnu můžete někdy vidět prstence pěkně nakloněné a někdy nejsou naopak vůbec vidět. Jaký to má vliv u exoplanet?

V tomto případě zde máme dva efekty: anomální tranzitní hloubku a FP (který zahrnuje delší dobu tranzitu). V případě, kdy jsou prstence hodně skloněné, vliv na hloubku tranzitu je významný, ale FP efekt je zanedbatelný. Pokud mají prstence malý sklon (díváme se na ně zboku), pak FP efekt bude velký, ale hloubka tranzitu malá.

Strategie je tedy jasná. Pokusit se prověřit případy, které byly vyhodnoceny jako falešné a také se podívat na zoubek exoplanetám s nízkou hustotou.

Zdroj: A novel method for identifying exoplanetary rings, foto: Cassini, NASA