Nejšílenější světy: proč je tak málo exoplanet u pulsarů?

Exoplanety u pulsarů v představách malíře. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)
Exoplanety u pulsarů v představách malíře. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)
www.novedalekohledy.cz

Možná to vypadá jako hloupý dotaz, protože předně bychom se měli ptát, jak je vůbec možné, že se exoplanety u pulsarů vyskytují. Ono to ale nakonec spolu souvisí.

Selský rozum velí, že pulsary jsou jedním z míst ve vesmíru, kde byste exoplanety určitě nehledali. Je to stejně naivní, jako hledat přeživší v blízkosti epicentra výbuchu jaderné bomby (ok, viděl jsem Indiana Jonese).

Pulsar je rychle rotující neutronová hvězda, pozůstatek po výbuchu supernovy. Svůj název si získal tím, že nás při vhodné konstelaci ostřeluje rádiovými pulsy… velmi přesnými pulsy!

Pokud ale okolo pulsaru obíhá něco s nezanedbatelnou hmotností, dochází ke stejnému jevu, kterého astronomové využívají při hledání planet měřením radiálních rychlostí. Planeta s pulsarem v kosmickém prostoru jakoby cloumá, což se projeví v nepravidelnosti pulsů.

Vůbec první exoplaneta nebo možná raději „první objekt planetární hmotnosti mimo Sluneční soustavu“ byl objeven právě u pulsaru. Objev byl oznámen na sjezdu Americké astronomické společnosti v lednu 1992. Alexander Wolszczan našel planety pomoci slavného radioteleskopu Arecibo.

Exoplanety u pulsarů

  • PSR B1257+12: „Wolszczanův pulsar“ obíhají tři planety ve vzdálenosti 0,19 až 0,46 AU a hmotnostech 0,02 až 4,3 Země.
  • PSR J1719-1438: planeta o hmotnosti Jupiteru obíhá ve vzdálenosti jen 0,004 AU.
  • PSR B1620–26: planeta o hmotnosti 2,5 Jupiteru ve vzdálenosti 23 AU…

Jak je vůbec možné, že existují exoplanety u pulsarů (přežily snad výbuch supernovy?) a když už okolo pulsarů existují, tak proč jich je tak málo? Na obě otázky existuje zřejmě stejná odpověď.

Je velmi pravděpodobné, že existuje více mechanismů. PSR B1620–26b je dobrým příkladem. Jedná se o cirkumbinární planetu, což znamená, že obíhá okolo dvou „objektů“ současně. V tomto případě okolo pulsaru a bílého trpaslíka. Nejpravděpodobnějším vysvětlením je, že planeta byla pulsarem gravitačně zachycena společně se svou hvězdou. Takový planetární únos…

Přeživší exoplanety?

Ale co ostatní planety? Nabízí se otázka, zda by planeta mohla přežít výbuch supernovy, ale ještě dříve bychom se měli zeptat, zda mělo vůbec co přežít.

Jako supernovy vybuchují pouze velmi hmotné hvězdy. Astronomové ale nenacházejí planety u hvězd o hmotnosti nad 3 Slunce. Může to mít fyzikální příčiny – krátká živnost hvězdy a také extrémní dávky UV záření, které disk okolo hvězdy zničí. Může to být ale také výběrové zkreslení. Exoplanety se u obřích a hmotných hvězd hledají velmi špatně.

Pokud by ale okolo hmotné hvězdy planeta skutečně vznikla, musela by obíhat ve vzdálenosti nejméně 4 AU, aby přežila fázi, kdy se hvězda nafoukne. Výbuch supernovy by exoplaneta teoreticky přežít mohla, ale musel by být asymetrický.

Případná přeživší planeta by se musela pochybovat po velmi výstřední dráze ve vzdálenosti několika AU. Není to asi příliš reálný scénář a určitě jim nelze vysvětlil vznik třeba systému PSR B1257+12.

Vznikáme po apokalypse

Planety u pulsarů nejspíše vznikají až po výbuchu supernovy. Existuje několik možností, jak k tomu může dojít.

Jednou z nich jev vznik z trosek bývalé mateřské hvězdy. Při výbuchu supernovy je do kosmického prostoru vyvrženo velké množství materiálu, ale jeho menší část se může vrátit zpět. Podle odhadů 0,1 až 10 % hmotnosti původní hvězdy. Může se ale materiál zformovat do podoby disku? Některé studie ukazují, že je to spíše méně pravděpodobné. Kromě toho byly pokusy o nalezení podobných disků u pulsarů neúspěšné.

Blízký pulsar může způsobit, že se sousední hvězda vypaří a z tohoto odpařeného materiálu ze zformuje planeta. To může být mechanismus vzniku pouze jedné planety – třeba té u pulsaru PSR J1719-1438. Nebude to ovšem příliš častý způsob vzniku. Už jen proto, že podobný disk bude mít obvykle malou hmotnost.

Není asi náhoda, že se planety nacházejí u starších milisekundovýh pulsarů. To jsou takové, které jsou v těsném páru. Z druhé „hvězdy“ přetéká na pulsar hmota, což způsobuje ještě rychlejší rotaci pulsaru.

Vznik planety z přetékajícího materiálu vypadá jako nejpravděpodobnější, ale podle nové studie musí být splněny dvě podmínky:

  1. průvodce musí mít poměrně malou hmotnost (respektive musí být velký rozdíl v hmotnostech pulsaru a průvodce) – v tom je samozřejmě obsažena také podmínka, že binární soustava výbuch supernovy přežila.
  2. musí existovat tzv. mrtvá zóna.

Mrtvá zóna je oblast v protoplanetárním disku (vyskytuje se u normálních rodících se hvězd). Je to oblast, která není tak turbulentní a je pro vznik planet velmi důležitá. Vše souvisí s ionizací, která je velká v blízkosti rodící se hvězdy a také dál od hvězdy (kvůli kosmickému záření).

V blízkosti pulsaru ale kvůli jeho záření může být mrtvá zóna vytlačena daleko od něj do oblasti, ve které již není dostatek materiálu pro vznik planet.

Všechny podmínky mohou být natolik nepravděpodobným koktejlem, že se planety u pulsarů sice vyskytují, ale jsou spíše vzácné.

Zdroj: Why are pulsar planets rare?