Planetární systém TRAPPIST-1. Planety zřejmě obíhají v rovině , která se příliš neliší od roviny rovníku mateřské hvězdy. Credit: NAOJ

Japonským vědcům se podařilo učinit zajímavý a zásadní průlom ve výzkumu exoplanet. Změřili Rossiterův-McLaughlinův efekt u hvězdy TRAPPIST-1. Je to poprvé, co se to povedlo u malé a chladné hvězdy a poprvé, co se tak stalo u systému s potenciálně obyvatelnou planetou.

Rossiterův-McLaughlinův efekt zní příšerně odborně, ale ve skutečnosti je to jednoduchá věc. Je to vlastně astronomický superhrdina, který kombinací dvou metod vytváří superschopnost.

Současné teorie nás učí, že planetární systémy vznikají z velkého a tenkého disku. V praxi to znamená, že by všechny planety měly obíhat okolo hvězdy v jedné rovině, která je shodná s rovinou rovníku hvězdy. Téměř! Zejména první miliony let systému jsou ve znamení různých interakcí, které tuhle idylku trochu pokazí. Rozdíly by ale měly být minimální. Ve Sluneční soustavě se bavíme o asi 5 až 6 stupních.

Vědci ale nachází systémy, kde má planeta vůči rovníku hvězdy sklon v řádu desítek stupňů. Některé planety dokonce více než 90, což znamená, že obíhají v opačném směru než by měly (tzv. retrográdně). Bude to souviset s interakcemi, migrací planety atd. To není až tak důležité.

Otázkou je, jak sklon planety vůči rovníku hvězdy změřit, když samotnou planetu nevidíme a hvězda je pro nás jen bodový zdroj světla? Na pomoc přichází Rossiterův-McLaughlinův efekt.

Astronomové se podívají na zoubek spektru hvězdy v době, kdy před ní planeta přechází. Pro vysvětlení se podívejme na jednu ze dvou nejběžnějších metod detekce exoplanet – měření radiálních rychlostí. Hvězda a planeta obíhají okolo společného těžiště. Pokud se k nám hvězda přibližuje, posouvají se spektrální čáry jejího světla k modrému konci spektra, pokud se vzdaluje, tak k rudému. Je to vlivem Dopplerova jevu.

V případě Rossiterova-McLaughlinova efektu se ale sleduje něco trochu jiného. Nezajímá nás posuv čar během oběhu planety ale spektrum pouze při samotném tranzitu planety.

Využívá se toho, že hvězda má dvě polokoule. Jak se otáčí, jedna polokoule se k nám přibližuje (na obrázku níže modře) a druhá se od nás vzdaluje (na obrázku červeně). To se projeví ve spektru posuvy (zjednodušeně řečeno jako rozšíření spektrálních čar). Pokud před hvězdou tranzituje planeta, blokuje část disku hvězdy a brání tak tomu, aby se část posunutého světla dostala k pozorovateli. To se projeví jako deformace křivky radiálních rychlostí.

Schéma vlevo představuje situaci, kdy je rovina oběžné dráhy planety přibližně shodná s rovinou rovníku mateřské hvězdy. Pod obrázkem je vidět symetrickou křivku radiálních rychlostí. Obrázek vpravo zachycuje situaci, kdy je oběžná rovina exoplanety výrazně odlišná od roviny rovníku hvězdy. Křivka radiálních rychlostí je deformovaná. Modrá polokoule představuje část hvězdy, která se k nám vlivem rotace přibližuje, červená pak tu část, která se od nás vzdaluje. Zdroj: subarutelescope.org
Schéma vlevo představuje situaci, kdy je rovina oběžné dráhy planety přibližně shodná s rovinou rovníku mateřské hvězdy. Pod obrázkem je vidět symetrickou křivku radiálních rychlostí. Obrázek vpravo zachycuje situaci, kdy je oběžná rovina exoplanety výrazně odlišná od roviny rovníku hvězdy. Křivka radiálních rychlostí je deformovaná. Modrá polokoule představuje část hvězdy, která se k nám vlivem rotace přibližuje, červená pak tu část, která se od nás vzdaluje. Zdroj: subarutelescope.org

Pomoci Rossiterova-McLaughlinova efektu už vědci změřili sklon roviny oběžné dráhy u desítek exoplanet. Až dosud šlo ale o horké jupitery nebo neptuny. Vědcům z Tokyo Institute of Technology a Astrobiology Center v Japonsku se to povedlo u velmi malé a chladné hvězdy TRAPPIST-1, okolo které obíhá sedm planet o velikosti Země. Na třech z nich mohou být teoreticky podmínky k životu.

Vědci pozorovali TRAPPIST-1 pomoci dalekohledu Subaru 31. srpna 2018, kdy během jedné noci došlo k tranzitům hned tří planet (e, f, b).

Z výsledku vyplývá, že planety u hvězdy TRAPPIST-1 obíhají v rovině, která není výrazně nakloněna vůči rovníku hvězdy.

Zdroj: Evidence for Spin–Orbit Alignment in the TRAPPIST-1 System