Gliese 3512 b v představách malíře. Credit: CARMENES/RenderArea/J. Bollaín/C. Gallego

Astronomové objevili pomoci spektrografu CARMENES na observatoři Calar Alto v jižním Španělsku velmi zajímavou exoplanetu, která trochu nabourává teorie o vzniku a formování planet.

Mateřskou hvězdou je v tomto případě červený trpaslík o hmotnosti 0,12 Slunce. Okolo podobných malých a chladných exoplanet nacházíme exoplanety poměrně běžně. Většinou se jedná o planety podobné Zemi nebo o něco větší a hmotnější super-země. Obří planety jsou u červených trpaslíků vzácné.

Exoplaneta GJ 3512 b

GJ 3512 b má ale hmotnost 0,46 Jupiteru, takže se jedná o skutečně obří plynný svět. Okolo hvězdy obíhá s periodou 203 dnů po poměrně protáhlé dráze s výstředností 0,43. Nejblíže se k hvězdě dostává 0,19 AU daleko, nejdál 0,48 AU daleko.

Výstřednost dráhy je po hmotnosti planety druhou zajímavostí. Na podobnou dráhu se planeta nedostane jen tak. Pravděpodobným vysvětlením je interakce s nějakou další planetou.

Pomoci měření radiálních rychlostí objevili u dané hvězdy ještě jednu pravděpodobnou planetu s periodou 1400+ dní. Může ona za výstřednost GJ 3512 b? Zřejmě ne. V systému byly kdysi pravděpodobně tři planety. Jedna s hmotností podobnou GJ 3512 b nebo nižší byla po vzájemných gravitačních hrátkách vystřelena ven a my nyní pozorujeme GJ 3512 b na protáhlé dráze a poměrně velkou propast mezi ní a pravděpodobnou planetou GJ 3512 c.

Příliš velká hmotnost

Už jsme nastínili, že obří plynné planety jsou u červených trpaslíků velmi vzácné. Je to pravděpodobně kvůli tomu, že disky kolem červených trpaslíků nemají dostatečnou hmotnost a nepřežívají dostatečně dlouho, aby se okolo nich vytvořily větší planety.

Existují teorie, podle kterých může být míra výskytu obřích planet u červených trpaslíků větší za sněžnou čárou. Je to oblast v disku, ve které je už dostatečně chladno na to, aby tam voda sublimovala do pevných částic – ledových krystalků.

Dalekohled na španělské Calar Alto, na kterém je spektrograf CARMENES. Credit: Pedro Amado/Marco Azzaro – IAA/CSIC

Ve Sluneční soustavě ležela sněžná čára někde za dráhou Marsu, ale u červených trpaslíků je samozřejmě mnohem blíže. Planety z těchto oblastí by musely mít oběžnou dobu v řádu stovek dní. Není to mnoho, ale obě hlavní metody detekce exoplanet jsou citlivé spíše na planety s oběžnými dobami v řádu desítek dní.

Na druhou stranu mají červení trpaslíci malou hmotnost, takže lze najít snadněji i vzdálenější planety (signály radiálních rychlostí jsou závislé na hmotnosti hvězdy, planety a vzdálenosti planety od hvězdy). CARMENES se zaměřuje právě na hledání podobných planet.

Efektivní továrna na planety?

Hmotnost GJ 3512 b je problematická nejen sama o sobě ale také ve srovnání s hmotností hvězdy. Celková hmotnost obou planet je asi 0,4 % hvězdy a to nepočítáme pravděpodobnou vyhozenou planetu.

Hmotnost disků okolo červených trpaslíků je obvykle okolo 0,1 a 10 Jupiterů. Vznik planet u GJ 3512 proto musel být velmi efektivní. Velká část původního materiálu se přeměnila na planety.

Problém představuje způsob vzniku. Pokud chcete plynného obra, který vysaje vodík a lehké prvky z disku, potřebujete gravitaci. A pro gravitaci potřebujete velmi hmotný objekt – velké jádro! V případě planety jako je GJ 3512 b by muselo mít jádro hmotnost nejméně 5 Zemí. Podobně velká jádra zřejmě v discích u červených trpaslíků vznikat nemohou.

Podle autorů studie tak možná GJ 3512 b vznikla gravitačním kolapsem. Místo akrece (shlukování prachových částic do stále větších objektů a vzniku jádra) se plyn zhroutil přímo a vznikla planeta.

Zdroje: A giant exoplanet orbiting a very-low-mass star challenges planet formation models, unibe.ch