Unikátní systém HD 7449: tančila planeta mezi hvězdami?

Magellanovy dalekohled, Autor: Jan Skowron, CC BY-SA 3.0, Wikipedia
Magellanovy dalekohled, Autor: Jan Skowron, CC BY-SA 3.0, Wikipedia

HD 7449 je velmi unikátním planetárním systémem. Okolo hvězdy zde obíhá planeta po velmi protáhlé dráze… ale to není vše. Hvězda a planeta totiž nejsou samy.

V roce 2011 objevili astronomové u hvězdy HD 7449, která se nachází asi 130 světelných let od nás, dvě planety. Ta vnitřní měla mít hmotnosti asi jako Jupiter a obíhat ve vzdálenosti 2,3 AU.

Vloni v listopadu se na hvězdu nebo spíše na její okolí podíval dalekohled Magellan (Las Campanas, Chile) prostřednictvím adaptivní optiky MagAO. Když už byli astronomové u dalekohledu, tak získali také nějaká nová spektra a přidali je k předešlým pozorováním spektrografů HARPS a CORALIE.

Výsledek? Systém je mnohem zajímavější, než se původně zdálo. V centru všeho je hvězda podobná Slunci. Okolo hvězdy obíhá zřejmě jen jedna planeta a to ve vzdálenosti 2,33 AU. Hmotnost planety by měla být nejméně 7,8 Jupiterů. Až sem tedy nic zvláštního. Jenomže mateřská hvězda není sama, je součástí dvojhvězdy. Ve vzdálenosti asi 18 AU obíhá červený trpaslík o hmotnosti kolem 0,2 Slunce.

Exoplanet u dvojhvězd známe více a to včetně případů, kdy planeta obíhá okolo hvězdy, která je v páru s relativně blízkým červeným trpaslíkem. Dalšími příklady jsou třeba Gliese 86 nebo HD 196885.

Systém HD 7449 je ale unikátní a to hned ze tří důvodů: sekundární složka (červený trpaslík) má nejmenší hmotnost ve srovnání s jinými podobnými případy, planeta je naopak nejhmotnější a především – pohybuje se po extrémně protáhlé eliptické dráze – s výstředností 0,8!

Systém HD 7449 - planeta a hvězda (star and planet) a červený trpaslík (M dwarf). Credit: Timothy Rodigas
Systém HD 7449 – planeta a hvězda (star and planet) a červený trpaslík (M dwarf). Credit: Timothy Rodigas

Jak planeta k výstřednosti přišla

Velká výstřednost planety je nejzajímavějším aspektem celého systému. Otevírá nám totiž velmi zajímavý příběh, který bude starý kolem 2 miliard let (odhadované stáří systému).

Když se podíváte na planety Sluneční soustavy, tak zjistíte, že okolo Slunce sice obíhají po elipsách, ale tyto elipsy nejsou příliš vzdálené kružnicím. Konec konců máme na to i zákon – ten Keplerův. Ale stejně jako na Zemi lidé porušují zákony, tak také planety se nechovají vždy úplně ukázkově.

Za velkou excentricitou planety musí něco být. Když uvážíme, že se ve vzdálenosti jen 18 AU nachází červený trpaslík, tak máme hned hlavního podezřelého.

Nepředstavujme si to tak, že se trpaslík a planeta k sobě nějak blízko přibližují. Roviny jejich oběžných drah (oba samozřejmě obíhají kolem těžiště s mateřskou hvězdou, ale to zanedbejme) budou vůči sobě značně skloněné…ale takhle to nemuselo být vždy. Krátce po zrodu systému mohlo skutečně mezi oběma tělesy docházet ke gravitačním interakcím, což nakonec způsobilo pozorovanou velkou výstřednost oběžné dráhy planety. Astronomové pro to mají samozřejmě název – Kozaiův mechanismus.

Kozai nebo spíše červený trpaslík jsou sice nejpravděpodobnějším ale nikoliv jediným možným vysvětlením. Možností je více – například dávná interakce s jinou planetou, která byla nakonec ze systému vyhozena.

Pokud ale připustíme Kozaiův mechanismus, otevírá se nám další komnata a to velmi elegantní komnata.

V případě měření radiálních rychlostí totiž narážíme na jeden zásadní problém. Odhadovaná hmotnost je pouze dolním limitem. Závisí totiž na sklonu oběžné dráhy vůči nám, který neznáme. Ideální je, pokud můžeme pozorovat ještě tranzit planety (tím alespoň zjistíme její velikost) a ještě lépe, pokud je v systému více tranzitujících planet. V takovém případě může do hry vstoupit TTV (změny v časech tranzitů). Zjednodušeně řečeno si vypočtete, jakou hmotnost musí mít obě planety, aby se jejich oběh okolo hvězdy vzájemně ovlivňoval do té míry, že to uvidíte v nepravidelnostech tranzitů. Pokud se to neděje, máte už i horní limit hmotnosti.

No a úplně nejlepší je samozřejmě astrometrie, kde s žádným úhlem nepracujete.

V případě HD 7449 nemáme nic z toho, ale máme zmíněného Kozaie. Pokud za výstřednost může skutečně on, tak můžeme vypočítat horní limit pro hmotnost planety < 10,8 Jupiterů.

Hmotnost planety je velmi zajímavá. U podobných párů hvězda – červený trpaslík se předpokládá, že je jen velmi obtížný vznik hmotnější planety. HD 7499 ale měla nejspíše štěstí v poměrně malé hmotnosti červeného trpaslíka, který nezpůsobil takový nepořádek v protoplanetárním disku, z něhož planeta vznikla.

Zdroj: MagAO Imaging of Long-period Objects (MILO). I. A Benchmark M Dwarf Companion Exciting a Massive Planet around the Sun-like Star HD 7449