Foto: Pixabay
Foto: Pixabay

Kosmický dalekohled Kepler objevil tisíce tranzitujících exoplanet a kandidátů. Je to poměrně velký vzorek, který nám umožňuje vytvářet první ucelenější závěry o světě exoplanet.

Stále je to však jen relativně malý vzorek, který je silně omezený našimi technickými možnostmi. Kepler například objevoval jen planety na vnitřních drahách. Je to jakoby viděl Sluneční soustavu jen někam po Merkur, v lepším případě po Venuši.

Hráškové lusky

Podle některých studií existuje zajímavý trend. Pokud se podíváme na dvě sousední tranzitující planety u jedné hvězdy, obvykle mají podobnou velikost. V nadsázce se tomu říká hráškový lusk. Je to reálný jev, nebo se na exoplanety jen špatně díváme? Odpověď na tuto otázku je velmi důležitá pro naše pochopení vzniku a vývoje planet.

Podle nové studie tento jev ve skutečnosti neexistuje. Jedná se pouze o observační zkreslení. Pokud bychom znali více exoplanet a měli lepší data, tak by hypotéza o hráškovém lusku zmizela jako dobrá hrášková polévka v restauraci.

Současná hrášková hypotéza je založena nejen na relativně velkém vzorku exoplanet, ale také na jednoduchém testu. Pokud vezmeme několik dvojic nesousedních planet, tak zjistíme, že svou velikostí podobné nejsou. Děje se to jen u sousedních planet. To přece nemůže být náhoda. Nebo je?

Na parametru záleží

Wej Ču z Torontské univerzity se ve své studii snažil prokázat, že jde o pouhé observační zkreslení. V rámci práce se podíval na 909 planet v 355 systémech.

Psali jsme, že sousední planety u stejné hvězdy mají podobnou velikost. Tím samozřejmě myslíme poloměr. Jedná se však o parametr, který vám při pozorování tranzitů nevypadne přímo. Samozřejmě platí, že čím je planeta větší, tím větší pokles jasnosti svým přechodem způsobí. Jenomže velikost všech hvězd v Galaxii samozřejmě není stejná. Pokud chcete zjistit velikost planety, musíte znát velikost hvězdy. Pomyslné změření velikosti planety i samotný objev planety vám také zkomplikuje aktivita hvězdy. Jasnost hvězd se totiž mění také z fyzikálních důvodů. Zjednodušeně řečeno: světelná křivka (graf závislosti jasnosti na čase) není rovná.

Astronomové proto často pracují s parametrem S/N neboli signal to noise. Jedná se o poměr mezi základní variabilitou jasu hostitelské hvězdy a změnou jasu v důsledku tranzitu planety.

V nové studii byly také planety rozděleny na ty, které obíhají okolo klidných hvězd (s malým šumem, na grafu níže modře) a ty u hvězd s větším šumem (na grafu oranžově). Proč je to důležité? U hvězd s větším šumem se mnohem hůře hledají menší planety. Velmi složitě rozeznáte změnu jasnosti způsobenou planetou od té, za kterou může aktivita hvězdy.

Credit: Wei Zhu
Credit: Wei Zhu

Na grafech výše vidíte různé korelace mezi dvojicemi planet (na ose x a y jsou jejich velikosti v násobcích Země) u klidných hvězd (modře) a hvězd s vyšším šumem (oranžově).

Hodnota „Pearsonova r“ označuje sílu korelace mezi hodnotami x a y. Levý graf ukazuje sousední planety, které obíhají stejnou hvězdu. Prostřední graf ukazuje dvojice planet náhodně vybraných podle poloměru. Graf vpravo ukazuje dvojice planet náhodně vybraných podle hodnoty S/N.

Malé planety jsou těžko detekovatelné kolem hvězd s vyšším šumem, takže bychom měli očekávat, že oranžové body budou vpravo (směrem k větším poloměrům) a modré vlevo. Tento trend není patrný, když jsou dvojice planet náhodně vybrány podle poloměru, protože v tomto případě dochází k posunu distribuce k větším planetám. Všimněte si, že na prostředním grafu menší planety zcela chybí. Tady jsme graf vyřízli jen pro oblast menších planet, aby to bylo patrnější. V prostředním grafu modré tečky chybí.

Credit: Wei Zhu
Credit: Wei Zhu

Zjednodušeně řečeno: Pokud se díváte na jednu hvězdu, vaše schopnost detekovat planety je omezena hladinou šumu hvězdy. Pokud najdete velkou planetu kolem hvězdy s velkým šumem, je nepravděpodobné, že najdete také malou planetu, která je poblíž ní, protože signál tranzitu malé planety může být příliš malý na to, aby byl detekován. To přirozeně vede ke korelaci velikosti, protože menší sousední planety zůstávají neobjeveny.

Zdroj: On the patterns observed in Kepler multi-planet systems, Astrobites