Pozor na falešné exoplanety! Velká část kandidátů od Keplera nejsou planety

Kepler-138 v představách malíře. Credit: Danielle Futselaar, SETI Institute
Kepler-138 v představách malíře. Credit: Danielle Futselaar, SETI Institute
www.novedalekohledy.cz

Nová a zajímavá studie založena na pěti letech pozorování otevírá některé palčivé otázky i bolístky exoplanetárního výzkumu. Kolik kandidátů od Keplera ve skutečnosti není planetami?

Občas se může zdát, že hlavním úkolem Keplera je nalezení obyvatelných exoplanet. Není to ale tak úplně pravda. Kepler je statistik a úředník. Připravoval se v době, kdy drtivá většina objevených exoplanet byli horcí jupiteři – tedy obří planety s krátkou oběžnou dobou. Kepler nám měl zjistit, jak to s těmi planetami ve skutečnosti je. Jaké jsou běžné? Jsou horcí jupiteři opravdu tak částí?

Kepler objevil tisíce kandidátů (nepotvrzených exoplanety). Ty se postupně ověřují, ale pro ony klíčové statistické závěry není třeba ověřit všechny. Pokud Kepler objevil například 1000 kandidátů určitého typu a my zjistíme, že 20 % z nich jsou falešné případy, tak víme, že máme 800 exoplanet daného typu u X hvězd, z čehož pak můžeme odvodit, že daný typ exoplnety se ve vesmíru vyskytuje v takovém a takovém počtu. Samozřejmě musíme pracovat s tím, že Kepler objevil jen tranzitující exoplanety, ale i to je věc statistiky.

Problém je, že určit, jaký je výskyt falešných kandidátů, není vůbec snadný úkol.

Alexandre Santerne a jeho tým si vzal seznam kandidátů od Keplera nebo přesněji seznam KOI (Objektů Keplerova zájmu) a z nich si vybral 129 kandidátů u 125 hvězd podle určitých požadavků. Astronomové chtěli pozorovat obří kandidáty s oběžnou dobou do 400 dní, u jasných hvězd apod.

Od 14. července 2010 do 15. července 2015 pak měřil radiální rychlosti mateřských hvězd pomoci spektrografu SOPHIE na francouzské observatoři Haute-Provence. Spektrograf SOPHIE od roku 2006 nahradil legendární přístroj ELODIE, kterým byla v roce 1995 objevena první exoplaneta 51 Peg b.

Celkem bylo během 370 nocí získáno přes 1000 spekter a napozorováno na 640 hodin.

Podle studie se vzorek 129 kandidátů skládá ze:

  • 34,9 ± 5,2 % planet,
  • 2,3 ± 1,3 % hnědých trpaslíků,
  • 37,1 ± 5,4 % zákrytových dvojhvězd,
  • 11,6 ± 3,0 % CEB,
  • 14,0 ± 3,2 % nevyřešených případů.

Zákrytové dvojhvězdy jsou takové, kdy dvě hvězdy obíhají okolo společného těžiště a navzájem se zakrývají. Kepler je vidí jako „jednu hvězdu“ s poklesy jasnosti (když menší hvězda zakrývá větší a opačně). Princip je tedy podobný, jako u tranzitující exoplanety jen v tomto případě je menším objektem hvězda a ne planeta.

CEB jsou contaminating eclipsing binaries. Kontaminace je velký problém. Nejde o rozlité kafé na klávesnici ale o něco jiného. Kepler pozoruje jednu hvězdu a tranzit planety před ní. Ve skutečnosti se ale blízko (na obloze) této hvězdy může nacházet jiná vzdálená hvězda, která svým světlem pozorování zkresluje. Kepler nemá potřebné rozlišení, aby tyto dvě hvězdy od sebe oddělil. Pokud to zjednodušíme, tak důsledkem podobného jevu je mělčí tranzit. Pokud je kontaminovaná zákrytová dvojhvězda, může to vypadat jako tranzit exoplanety.

Na první pohled je problémem statistik výše velké procento nevyřešených případů. Ale není to tak docela pravda. Můžeme totiž předpokládat, že nevyřešené případy nebudou zákrytové dvojhvězdy a ani hnědí trpaslíci, protože jejich radiální rychlosti by byly velké a snadno „změřitelné“. Půjde tak nejspíše o planety o nižší hmotnosti, takže nejsou v dosahu spektrografu SOPHIE, případně planeta ve skutečnosti obíhá okolo jiné než cílové hvězdy (i to je častým problémem u Keplera).

Výskyt CEB by měl být stejný jako v prvním případě, takže lze rozdělit vzorek 129 kandidátů takto:

  • 45,3 ± 5,9 % jsou planety,
  • 2,3 ± 1,3 % jsou hnědí trpaslíci,
  • 37,2 ± 5,4 % jsou zákrytové dvojhvězdy,
  • 15,1 ± 3,4 % jsou CEB.

To znamená, že 54,6 ± 6,5% větších kandidátů od Keplera nejsou exoplanety! Přesnější číslo bude závislé na skutečném vyřešení nevyřešených případů a může se pohybovat od 51,2 ± 6,3 % (všechny případy jsou planety) po 65,1 ± 7,1%.

Samozřejmě tato poněkud pesimistická předpověď falešných případů platí pro hmotné planety s oběžnou dobou do 400 dní.

Zdroj: SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates XVII. The physical properties of giant exoplanets within 400 days of period