Kosmický dalekohled JWST. Credit: NASA

Před pár dny jsme psali o objevu první exoplanety u bílého trpaslíka. Objev exoplanety WD 1856 b vědce pořádně namlsal.

Lisa Kalteneggerová a její kolegové hned přišli se studií, podle které by mohl připravovaný Kosmický dalekohled Jamese Webba (JWST) zkoumat atmosféry planet o velikosti Země u bílých trpaslíků.

Bílý trpaslík je konečné stádium ve vývoji hvězdy podobné Slunci. Mediální zkratkou je, že jde o mrtvou hvězdu, což je poměrně výstižné, ale neznamená to, že mrtvo musí být i v jejím okolí.

Obyvatelná oblast bílého trpaslíka

Astronomové už před pár lety zavedli pojem obyvatelná zóna bílého trpaslíka (WDHZ). Na exoplanety.cz jsme o tom psali už v roce 2011.

Na začátku má bílý trpaslík velmi vysokou teplotu ale postupně chladne. Obyvatelná oblast – tedy vzdálenost, ve které je dostatek tepla pro udržení vody v kapalném skupenství, se tedy bude posouvat. Ochlazování se však později zpomalí. Bílému trpaslíkovi trvá miliardy let, než se dostane z teploty 6000 Kelvinů na 4000 Kelvinů. WD 1856+534 má teplotu 4700 Kelvinů a bílým trpaslíkem se stal před 6 miliardami let. Exoplaneta podobná Zemi může setrvat v obyvatelné oblasti bílého trpaslíka dokonce déle než Země v obyvatelné oblasti Slunce! Nejde tedy o žádný krátkodobý jev.

Exoplaneta WD 1856 b obíhá ve vzdálenosti 3 milionů kilometrů a dostává od bílého trpaslíka sotva pětinu záření co Země od Slunce. Pro trochu lepší podmínky tak musíme blíže. Potenciálně obyvatelná planeta by obíhala s periodou 9,8 hodin.

V článku o aktuálním objevu jsme popsali, že pravděpodobnost tranzitu závisí na velikosti hvězdy (a bílý trpaslík je skutečně malinký) a vzdálenosti planety od hvězdy. V případě obyvatelné oblasti se bavíme o pravděpodobnosti tranzitu okolo 1,2 %, což je už srovnatelné s planetami u červených trpaslíků.

JWST může prozkoumat atmosféry

Bílí trpaslíci o velikosti Země nabízí ještě lepší kontrastní poměry než červení trpaslíci. Podle autorů nové studie jsou exoplanety o velikosti Země v obyvatelné oblasti bílých trpaslíků ideálním cílem pro charakterizaci atmosféry. Astronomové to umí už dnes u velkých planet prostřednictvím transmisní spektroskopie.

Světlo hvězdy projde atmosférou planety a tam v něm zanechá otisk. Stačí získat spektrum světla hvězdy v době, kdy před ní planeta přechází. Problém je, že u menších exoplanet je to velmi náročná záležitost. Pro detekci některých molekul je potřeba pozorovat desítky tranzitů, u některých je to dokonce z praktického hlediska nemožné. JWST by nesměl dělat skoro nic jiného.

V případě exoplanet u bílých trpaslíků je situace příznivější. Pro detekci vody a oxidu uhličitého stačí pouhých 5 tranzitů. Detekce biosignatur (zdravíme Venuši), jako jsou ozon a metan, ozon a oxid dusný stačí 25 tranzitů. Dusík a kyslík v molekulární podobě lze detekovat za 100 tranzitů.

Atraktivitě exoplanet u bílých trpaslíků nahrává také délka tranzitů. U běžných exoplanet trvá velké desítky minut až hodiny a pozorovat musíme začít samozřejmě před tranzitem a pokračovat v tom také po jeho skončení. Například tranzit exoplanety TRAPPIST-1 e u chladného a slavného červeného trpaslíka TRAPPIST-1 trvá 55 minut a to je ještě dobrý čas. V případě exoplanety WD 1856 b trvá tranzit jen 8 minut, u případné exoplanety v obyvatelné oblasti by trval jen 2 minuty!

Exoplanety o velikosti Země u bílých trpaslíků však musíme nejdříve najít. Krátká délka tranzitů sice pomůže při transmisní spektroskopii, ale komplikuje samotný objev. Pro transmisní spektroskopii také potřebujeme, aby byl cílový bílý trpaslík blízko. Do 5 parseků se nachází asi 48 červených trpaslíků. U bílých trpaslíků máme 139 kusů do 20 parseků. V blízkém okolí je tak koncentrace bílých trpaslíků asi 20 menší ve srovnání s červenými trpaslíky.