Jak najít vzdálené exoplanety? Třeba tak, že je neuvidíte

Suberu, autor: Denys, CC BY 3.0, Wikipedia
Suberu, autor: Denys, CC BY 3.0, Wikipedia
www.novedalekohledy.cz

Výzkum exoplanet má jeden problém, o kterém se moc nemluví – objevy exoplanet na vzdálenějších drahách nebo chcete-li s delší oběžnou dobou. Jak je najít?

Exoplanetami na vzdálenějších drahách myslíme planety podobné svými dráhovými parametry vnějším planetám Sluneční soustavy. Bavíme se tedy o planetách ve vzdálenosti nad 10, 12 AU a oběžnou dobou řekněme 12, 15 let.

Tyto planety samozřejmě nejsou tak cool jako „druhé Země“ ale pro celkové pochopení vzniku a vývoje planetárních systému musíme znát i situaci ve vzdálenějších oblastech.

Dvě hlavní metody detekce exoplanet nejsou pro objevování těchto planet úplně nejvhodnější. Tranzitní metoda vyžaduje extrémní štěstí. Pravděpodobnost tranzitu s rostoucí vzdáleností od hvězdy klesá a představte si, že vám planeta přece jen přechází před hvězdou – jednou za 12 let a vy máte zrovna dovolenou! Ale vážně: pozorovat alespoň tři tranzity takové planety je v podstatě nemožné.

V případě přímého zobrazení objevujeme planety na vzdálených drahách ale obvykle až příliš vzdálených – srovnatelných s planetou Devět (pokud existuje).

U radiálních rychlostí jsme na tom lépe. V případě vzdálených planet (10 AU a více) vykazuje radiální křivka lineární trend, jak ukazuje obrázek níže. Samotná existence tohoto trendu ale nestačí k serióznímu objevu planety.

Radiální křivka - planeta blízko od hvězdy (vlevo) a dál od hvězdy (vpravo). Credit: NAOJ
Radiální křivka – planeta blízko od hvězdy (vlevo) a dál od hvězdy (vpravo). Credit: NAOJ

Mezinárodní tým astronomů pod vedením japonských vědců spojil dohromady měření radiálních rychlostí a přímé zobrazení. Využil toho, že ve vědě někdy i nic znamená něco.

Tým měl k dispozici radiální rychlosti několika hvězd o hmotnosti 1,5 až 5 Slunce. Našel u nich lineární trend, ale musel odpovědět na otázku, zda je za změnou radiální rychlosti hvězdy planeta nebo něco hmotnějšího – hnědý trpaslík, další hvězda.

K tomu posloužilo přímé pozorování okolí hvězdy přístrojem HiCIAO na dalekohledu Subaru. Vědci hledali v okolí mateřských hvězd další hvězdu, která by vysvětlila pozorovaný trend v radiálních rychlostech. Pokud by nic nenašli, znamená to, že je za trendem objekt, který jednoduše není detekovatelný – v ideálním případě planeta.

Výsledky

  • γ Hydra: objeven průvodce o hmotnosti 0,6 Slunce ve vzdálenosti 67 AU.
  • HD 5608: objeven průvodce o hmotnosti 0,1 Slunce ve vzdálenosti 40 až 47 AU.
  • HS 109272: objeven průvodce o hmotnosti 0,28 Slunce ve vzdálenosti 60 nebo 140 AU.
  • Okolo hvězdy HD 14067 by mohl obíhat hnědý trpaslík ve vzdálenosti 10 až 50 AU.
  • ι Dra: okolo hvězdy vy mohl obíhat hnědý trpaslík nebo menší hvězda ve vzdálenosti 9 a 31 AU.
  • Hvězda 18 Del má vzdáleného průvodce, který se nachází 2200 AU daleko a jeho hmotnost je asi 0,2 Slunce. Tento společník ale nemůže být odpovědný za pozorovaný lineární trend. Okolo hvězdy tak nejspíše obíhá ještě jeden společník ve vzdálenosti 10 až 50 AU s velmi nízkou hmotností – hnědý trpaslík nebo hmotná planeta. Pokud by se objekt pohyboval ve vzdálenosti 10 AU, měl by hmotnost 4 Jupitery.

Kozaiova migrace

Výše popsaný postup by nám do budoucna mohl umožnit udělat si alespoň základní představu o tom, jak to vypadá s planetami na vzdálenějších drahách.

Může zde být ale ještě jeden přínos. U tří zmíněných hvězd byly již dříve objeveny planety měřením radiálních rychlostí. Minimálně dvě z nich se pohybují po protáhlé dráze:

  • ι Dra b obíhá ve vzdálenosti 1,3 AU, má hmotnosti 8,8 Jupiterů a výstřednost 0,7 AU.
  • HD 14067 b se pohybuje ve vzdálenosti 3,4 AU, má hmotnost 7,8 Jupiterů a výstřednost 0,53.

Gravitační vliv vzdálenějšího průvodce může být příčinou velké výstřednosti a migrace planety. Označuje se to jako Kozaiův mechanismus.

Zdroje: High-Contrast Imaging of Intermediate-Mass Giants with Long-Term Radial Velocity Trends, subarutelescope.org