Kepler otevře extrémně vzácné okno do světa bludných planet

Credit: NASA
Credit: NASA

Kosmický dalekohled Kepler čeká brzy velmi důležité pozorování, které může změnit náš pohled na vesmír

Když v březnu 2009 zaburácely motory rakety Delta II na Mysu Canaveral, výzkum exoplanet byl fakticky jen 14 let starým oborem. Počet známých exoplanet se pohyboval někde okolo 300, a tak byl objev každé nové menším svátkem.

Do dnešních dní objevil Kepler přes 1000 exoplanet a na 5000 (ne všechny byly uveřejněny) kandidátů. Jen málo přístrojů v historii astronomii, pokud vůbec nějaký, dokázal způsobit v rámci jednoho oboru tak velkou revoluci. Nyní chystá Kepler revoluci číslo dvě.

V květnu 2013 Keplerovi vypovědělo službu i druhé reakční kolo. Mysleli jsme si, že je to konec jeho mise. Chytré hlavy v NASA ale vymyslely geniální plán. Na začátku roku 2014 se rozjela mise K2. Dalekohled pro stabilizaci v kosmickém prostoru využívá tlaku slunečního záření a vlastních motorů. Kvůli tomu ale musí jednou za necelé tři měsíce změnit zorné pole a zaměřit se na další část oblohy. Dar i prokletí. Kratší pozorování poněkud znemožňuje objevení planet s delší oběžnou dobou, na druhou stranu to umožňuje pozorovat mnoho atraktivních oblastí oblohy – včetně hvězdokup nebo těles Sluneční soustavy.

Od 7. dubna do 1. června bude probíhat pozorovací kampaň číslo 9. V rámci této kampaně budou zorným polem Keplera procházet Mars a Země. Co je ale pro nás nyní důležitější, kampaň bude patřit gravitačním mikročočkám.

Zorné pole pro kampaň číslo 9. Mikročočky jsou znázorněny růžovou barvou. Credit: NASA
Zorné pole pro kampaň číslo 9. Mikročočky jsou znázorněny růžovou barvou. Credit: NASA

Gravitační mikročočka

Gravitační mikročočky jsou jednou ze spíše (zatím) okrajových metod hledání exoplanet. Většina čtenářů asi ví, jak mikročočky fungují. Máme vzdálenou hvězdu. Mezi tuto hvězdu a nás se připlete jiná hvězda, jejíž gravitace zesílí světlo vzdálené kolegyně. Zjasnění má samozřejmě určitý průběh, který si můžeme vynést do grafu. Pokud okolo čočkující (tedy bližší) hvězdy obíhá planeta, pak také ona svou gravitací zesílí světlo vzdálené hvězdy a projeví se to jako krátkodobé zjasnění.

Do dnešních dní se podařilo touto metodou najít na 40 exoplanet. Nejmenší z nich je podobná Venuši.

Planeta jako následné krátkodobé zjasnění ve světelné křivce mikročočkové události. Credit: Keith Horne
Planeta jako následné krátkodobé zjasnění ve světelné křivce mikročočkové události. Credit: Keith Horne

Jako konec konců vše, má i metoda gravitačních mikročoček své výhody a nevýhody. Hodí se zejména pro statistické účely. Metoda také umožňuje nalezení i méně hmotných planet ve větších vzdálenostech od hvězdy. Pro další výzkum jsou ale objevené exoplanety obvykle nevhodné a to z toho důvodu, že se nacházejí řádově minimálně tisíce světelných let od nás.

Určitý monopol na objevy gravitačními mikročočkami drží dva projekty – tím prvním je polský OGLE, který je primárně zaměřen na studium temné hmoty. OGLE disponuje 1,3 m Varšavským dalekohledem v Chile. Druhým projektem je japonsko-novozélandský MOA, který najdeme na Novém Zélandu. MOA pracuje s 1,8 m velkým dalekohledem.

Nejdříve v roce 2024 se do vesmíru vydá dalekohled WFIRST, který se zaměří na pozorování gravitačních mikročoček, i když ne primárně kvůli hledání exoplanet.

Gravitační mikročočky se nejlépe loví v oblasti galaktické výdutě, kde je vyšší koncentrace hvězd. Kepler bude gravitační mikročočky pozorovat v dubnu až červnu letošního roku. Mohl by tak najít exoplanety i jinou metodou, než je tranzitní fotometrie. V jeho hledáčku bude přes 120 mikročočkových událostí, počty možných objevů se liší, ale mohlo by jít řádově o desítky exoplanet. To samo o sobě má potenciál přinést určitou revoluci v rámci této metody, ale to je jen začátek.

Měříme paralaxu

Udělejme si experiment. Položte si palec na nos a zavřete jedno oko. Pak ho otevřete a zavřete druhé. Přestože máte palec stále na nose, připadá vám, že se pohnul. Nyní natáhněte ruku a experiment se zavíráním a otevíráním očí zopakujte. Palec se opět pohne, ale už méně, protože je dál od vás. Jednoduše jsme si vysvětlili princip paralaxy. Ta slouží k měření vzdáleností hvězd. Jen k tomu potřebujete větší základnu, než je vzdálenost vašich očí. Nestačí ani Země (pozorování ze dvou vzdálených míst), ale využívá se oběžná dráha Země – pozorujete hvězdu dnes a pak za půl roku. Paralaxy hvězd dnes měří družice Gaia.

Paralaxa lze měřit také u gravitační mikročočky, ale v tomto případě to funguje trochu jinak. Měříte mikročočkovou událost ze dvou míst současně. Světelné křivky z obou míst vypadají odlišně (viz obrázek níže).

Problém je, že potřebujete nejen dostatečně velkou základnu, ale pozorování musíte provést fakticky současně nebo téměř současně. Řešení? Potřebujete pozorovat ze Země a současně z kosmického dalekohledu, který je někde dál od Země.

Světelná křivka mikročočkové události OGLE-2014-BLG-0939 z dalekohledu Spitzer a za Země (OGLE). Čárkovaná čára v křivce od dalekohledu Spitzer je pouze predikce toho, co by dalekohled pozoroval (v té době pozorování neprobíhalo). Credit: Yee et al.
Světelná křivka mikročočkové události OGLE-2014-BLG-0939 z dalekohledu Spitzer a za Země (OGLE). Čárkovaná čára v křivce od dalekohledu Spitzer je pouze predikce toho, co by dalekohled pozoroval (v té době pozorování neprobíhalo). Credit: Yee et al.

Paralaxu mikročočky nedávno pomáhal měřit dalekohled Spitzer. Nyní to čeká Keplera, ale v poněkud větším rozsahu.

Kromě Keplera, který v té době bude asi 222 milionů km od Země, budou do pozorování mikročoček zapojeny mnohé dalekohledy v USA, Havaji, Itálii, Jižní Africe, Austrálii, Novém Zélandě a to včetně OGLE a MOA. Zapojena bude také korejská síť dalekohledů KMTNet, která nedávno slavila první úspěch.

Měření paralaxy umožňuje přesnější určení vzdálenosti mikročočky ale zejména hmotnosti mikročočkujících těles.

Observatoře a přístroje, které budou pozorovat mikročočky společně s Keplerem. Credit: Henderson et al.
Observatoře a přístroje, které budou pozorovat mikročočky společně s Keplerem. Credit: Henderson et al.

Historická šance – lov nepolapitelných bludných planet

U exoplanet platí, že největší mediální rozruch obvykle vzbudí něco, co je v lepším případě špatně pochopeno, v tom horším je to nějaká pitomost. Nejúchvatnější objevy, které formují naše znalosti a vyvolávají nové otázky, leží mimo světla reflektorů. Kepler nám v dubnu poprvé a na hodně dlouho naposledy otevře jedno mimořádně důležité okno – okno do světa bludných planet.

Astronomové již delší dobu předpokládají existenci bludných planet, které neobíhají okolo žádné hvězdy. Většina podobných planet nejspíše vznikla v klasických planetárních systémech, ale pak byla ostatními planetami vyhozena ven. Něco podobného nejspíše potkalo i jednu planetu v mladé Sluneční soustavě.

Samozřejmě je zde terminologická otázka, zda tyto objekty nazývat planetami. Termínů pro ně je více, v odborné literatuře se rozšířila nepříliš sexy zkratka FPS (free-floating planets).

Většina metod hledání exoplanet pracuje se světlem – u měření radiálních rychlostí rozložíte světlo hvězdy na spektrum, u tranzitní metody pozorujete světlo hvězdy a hledáte v něm periodické poklesy atd.

FPS samozřejmě moc nezáří a světlo mateřské hvězdy neodráží, když žádnou nemají. Gravitační mikročočky jsou tak jedinou možností. Stačí, aby se některá FPS dostala před vzdálenou hvězdu. Princip je pak stejný, jako když čočkuje hvězda.

Pozorování Keplera může přinést odpověď na otázku, jak časté FPS ve vesmíru jsou. Některé odhady hovoří o tom, že by mohly být dokonce častější než samotné hvězdy. První možné FPS už byly dokonce v minulosti nalezeny.

Co je ovšem ještě podstatnější, kampaň číslo 9 dalekohledu Kepler nabízí jedinečnou a na velmi dlouhou dobu nejspíše jedinou možnost FPS nejen najít, ale také právě díky paralaxe přesněji změřit jejich hmotnost… minimálně doufejme u některých z nich. Budeme tak mít v rukou důkaz, že se skutečně jedná o planety a nikoliv třeba hnědé trpaslíky. Tak držme palce, aby se to povedlo.

Zdroje: