Před pár dny prolétla médii tisková zpráva ESO o objevu velkého počtu horkých jupiterů v hvězdokupě. Proč je to zajímavé a důležité a jaké je pozadí objevu?

Velké množství horkých jupiterů v hvězdokupě M67? Nečekejte nějaké zástupy, dlouhé tabulky a statistické orgie. Jedná se jen o tři horké jupitery. Ano, jen tři. To „hodně“ ale leží někde jinde.

Astronomové si od roku 2008 vzali na paškál hvězdokupu M67 v souhvězdí Raka. Na obloze ji pouhým okem zahlédnete jen velmi obtížně. Potřebujete alespoň malý dalekohled. M67 se nachází asi 2 700 světelných let od nás a bude mít možná podobné stáří jako Slunce.

Vědci vybrali 88 hvězd, ale seznam postupně snížili na 66 hvězd podobných Slunci. Okolo těchto hvězd byly metodou měření radiálních rychlostí objeveny tři pravděpodobné exoplanety typu horký jupiter. Měření prováděl zejména spektrograf HARPS v Chile ale také třeba texaský Hobby-Eberly Telescope.

Do kategorie horkých jupiterů spadají obvykle planety o hmotnosti nad 0,3 Jupiteru a s oběžnou dobou kratší než 10 dní.

Podobné planety by takto blízko svých hvězd vznikat neměly. Předpokládá se, že migrují a to vlivem interakcí s cirkumbinárním diskem, z něhož vznikají, nebo kvůli vlivu dalších planet.

Mezi prvními objevenými exoplanetami měli ve druhé polovině 90. let horcí jupiteři převahu. Není to ale proto, že jsou ve vesmíru tak častí, ale protože se nejsnadněji objevují. Horké jupitery najdeme podle odhadů jen asi okolo 1,2 % hvězd podobných Slunci.

Hvězdokupy jsou ale něco jiného. Podle počtu třech objevených horkých jupiterů u stanoveného vzorku hvězd astronomové odhadli, že se v M67 vyskytují horcí jupiteři u 4,5 (+4,5/-2,5) procent hvězd. Je to tedy více než u hvězd, které nejsou členkami hvězdokupy.

Uvidíme, zda se podobné odhady v budoucnu potvrdí. Některé ale už opravdu fousaté studie totiž dokonce v hvězdokupě žádné horké jupitery nenašly.

Ale vyšší počet horkých jupiterů v hvězdokupě dává určitý smysl. Za migrací zde může být vliv další hvězdy v případě, kdy je (po svém vzniku) hvězda součástí binárního systému, což znamená, že obíhá okolo společného těžiště s jinou hvězdou. Simulace ukazují, že hvězdokupy s počtem členů v řádu stovek jsou na začátku tvořené z velké části právě dvojhvězdami.

Další příčinou pak může být setkání s procházející hvězdou nebo obecně rodícím se systémem.

Objevy exoplanet v hvězdokupách jsou obecně poměrně vzácné, což ale neříká nic o množství planet v hvězdokupách. Několik exoplanet v hvězdokupách už objevil také Kepler. Exoplanety byly objeveny i ve slavných hvězdokupách jako jsou Hyády nebo Jesličky.

Tři objevené exoplanety v M67 (oběžná doba / hmotnost)

• YBP401b:  4 dny / 0,46 Jupiteru
• YBP1194b: 7 dní / 0,32 Jupiteru
• YBP1514: 5,2 dny / 0,4 Jupiteru

Zdroj: Search for giant planets in M67 III: excess of Hot Jupiters in dense open clusters.

PTFO8-8695 je zajímavým planetárním systémem, který nalezneme ve vzdálenosti 1100 světelných let směrem v souhvězdí Orionu. Okolo mladé hvězdy obíhají planety, jejichž oběžné dráhy už ani nemohou být odlišnější.

PTFO8-8695 nebo také CVSO 30 je mladou hvězdou, která je asi 2 miliony let stará. Už v roce 2012 astronomové objevili pomoci Palomar Transient Factory u této hvězdy pravděpodobnou planetu. Slovo „pravděpodobnou“ je docela důležité, protože její existence není úplně jistá.

Pokud ale planeta skutečně existuje, pohybuje se po dosti extrémní oběžné dráze s periodou menší než 11 hodin.

Parametry exoplanety nejsou úplně známé, ale vědci určitým způsobem alespoň omezili její maximální hmotnost, která by měla být kolem 4,5 až 7 Jupiteru.

Asi není potřeba psát, že příliš malá vzdálenost má na planetu neblahý vliv a to nejen kvůli dávkám záření ale také slapovým silám. PTFO8-8695b se ale patrně pohybuje v oblasti Rocheovy meze, což je už jakási červená linie, za níž  pro planetu končí legrace – blíže už se planeta nemůže dostat. Kamenná planeta by byla roztrhána, plynná by začala přetékat na hvězdu.

Vědci nyní objevili poměrně silné emise v čáře vodíku H-alfa, které odpovídají oběhu předpokládané planety. Vypadá to, že za pozorovanými emisemi je materiál, který planeta vlivem malé vzdálenosti od hvězdy ztrácí.

Příběh planety se dostal na některé zahraniční weby poté, co byla vydána tisková zpráva. V ní ale není další velká zajímavost o tomto systému.

Astronomové totiž patrně u hvězdy objevili další planetu a to přímým zobrazením. Keckův dalekohled a VLT objevili planetu o hmotnosti kolem 4 až 5 Jupiterů ve velké vzdálenosti od hvězdy.

Máme zde tak velmi extrémní planetární systém, kde jedna planeta oběhne okolo hvězdy za méně než 11 hodin a druhá za zhruba 27 tisíc let!

Zdroje:

• Direct Imaging discovery of a second planet candidate around the possibly transiting planet host CVSO 30
• H-alpha Variability in PTFO8-8695 and the Possible Direct Detection of Emission from a 2 Million Year Old Evaporating Hot Jupiter

Vliv nebeských těles kromě Slunce a Měsíce na Zemi je poměrně malý, protože jsou hodně daleko. Ve vesmíru ale existují hodně extrémní výjimky.

Jednou za čas se vyrojí nejrůznější proroci, kteří předpovídají konec světa. Jednou z příčin bývá třeba seřazení planet. Na Zemi mají vliv pouze Měsíc a Slunce. Důsledky slapových sil vidíme v době přílivu a odlivu.

Ve vesmíru ale existují i případy, kdy je vliv slapových sil mnohem větší a to dokonce i v opačném gardu! Tedy nejen, že mají slapové síly hvězdy vliv na planetu, ale také planeta může mít vliv na hvězdu.

HATS-18 je jedním takovým případem. Od dubna 2011 do července 2013 získali astronomové na 10 tisíc snímků hvězdy HATS-18 prostřednictvím projektu HATS, což je jižní bráška slavného projektu HATNet s maďarskými kořeny. Jižní HAT se nachází v Chile, Africe a Austrálii.

Pomoci tranzitní metody byla objevena exoplaneta o třetinu větší a dvakrát hmotnější než Jupiter. Na tom není nic divného, ale HATS-18b oběhne okolo své hvězdy za 20 hodin!

HATS-18 je skvělou laboratoří pro průzkum interakcí mezi hvězdou a planetou. Interakce zde přitom budou opravdu velké a nemyslíme jen vliv hvězdy na planetu.

Mateřská hvězda je velmi podobná našemu Slunci. Dokonce i stáří bude podobné, takže by se okolo své osy měla otočit plus mínus za jeden měsíc. Stáří hvězdy se vždy odhaduje trochu špatně, takže i kdyby byla hvězda výrazně mladší, otočila by se kolem své osy asi za 20 dní (při dolní hranici 2,2 miliard let). Podle měření se ale zdá, že se otočí kolem své osy za méně než 10 dní!

Za rychlejší rotací je vliv obří planety. Pokud bychom planetu neobjevili, mohla by nás hvězda dost zmást. Doba rotace totiž obvykle závisí na stáří hvězdy. V tomto případě se hvězda otáčí rychleji než hvězdy v některých hvězdokupách jako M37 nebo Hyády, u nichž stáří známe a je 550 milionů let, respektive 625 milionů. S trochou nadsázky tak planeta zdánlivě omládla.

HATS-18b není první obří planetou, která obíhá takto blízko od své hvězdy. WASP-19b má hmotnost a velikost o něco větší než Jupiter a jeden oběh ji trvá necelých 19 hodin. Také ona bude urychlovat rotaci své hvězdy.

Zdroj: HATS-18 b: An Extreme Short–Period Massive Transiting Planet Spinning Up Its Star

Astronomové objevili velmi hmotnou exoplanetu u velmi mladé hvězdy. Jedná se o zajímavý objev, zejména pokud jde o vznik a evoluci planet.

Dva miliony let jsou dlouhá doba. Z hlediska vesmíru nebo vzniku a vývoje planet je to poměrně krátká doba. Tedy vlastně ani není. Podle novějších hypotéz vznikají planety poměrně rychle. Před prvními objevy exoplanet jsme si mysleli, že obří planety vzniknou v disku prachu a plynu za nějakých 10 milionů let. Dnes už víme, že to bude rychleji.

Nový objev ale přesto přináší další otázky do diskuse o vzniku a vývoji exoplanet. Astronomové pravděpodobně objevili exoplanetu u hvězdy CI Tau, která je mladou proměnnou hvězdou typu T Tauri.

U mladých hvězd, obklopených protoplanetárním diskem, lze exoplanetu často najít tím, že v disku objevíte mezeru, kterou planeta „vymetla“. Samozřejmě tak najdete planety spíše dál od hvězdy.

V případu CI Tau na to ale astronomové šli měřením radiálních rychlostí a to ve viditelném světle (26 měření za 9 let) a také v oblasti infračerveného záření (71 měření během 5 let).

Na základě kombinace dat z různých přístrojů a dvou spektrálních oborů si astronomové myslí, že nejpravděpodobnějším vysvětlením objevené devítidenní periody je hmotná exoplaneta.

Minimální hmotnost planety je 8 Jupiterů. Z měření radiálních rychlostí nám vypadne jen minimální hodnota, neboť neznáme sklon roviny oběžné dráhy planety vůči nám. V okolí hvězdy je přítomen disk. Pokud má planeta stejný sklon, byla by její hmotnost přes 11 Jupiterů.

Je to docela zajímavé, protože planeta s oběžnou dobou jen 9 dní by měla mít za sebou migraci z místa, kde vznikla směrem k hvězdě. Když uvážíme, že stáří hvězdy a tedy i planety, je kolem 2 milionů let…

Zdroj: A Candidate Young Massive Planet in Orbit around the Classical T Tauri Star CI Tau

EPIC212521166 b je skutečně zajímavým světem. Jeho hmotnost odpovídá Neptunu, ale hustota Zemi. Jak je to možné?

Exoplanetu s pěkným názvem EPIC212521166b (autoři studie ho zkrátili na EPIC-1166b) objevil kosmický dalekohled Kepler v rámci mise K2.

K dispozici jsou už také údaje ze spektrografu HARPS. Známe tak nejen velikost ale také hmotnost a tedy hustotu. Díky tomu lze vést trochu serióznější diskuse o složení planety

EPIC-1166b má poloměr 2,6 ± 0,1 Země a hmotnost 18,3 ± 2,8 Země. Pro srovnání: Neptun má velikost větší – 3,8 Země, ale hmotnost menší – 17,1 Zemí.

Hustota EPIC-1166b je asi 5,7 ± 1,1 gramů na centimetr krychlový. Jinými slovy: mnohem vyšší než u Neptunu a podobná Zemi.

Jak je to možné? Trochu by nám pomohla znalost složení atmosféry, čehož se možná v budoucnu dočkáme. Ale i bez těchto informací lze provést určité diskuse na základě používaných modelů.

Existují v podstatě dva nejpravděpodobnější scénáře:

• Jádro planety je tvořené křemičitany (70 %) a železem (30 %) a má hmotnost asi 9 Zemí. Na druhé polovině celkové hmotnosti planety se bude podílet voda.
• Druhou možností je železné jádro a křemičitanový plášť o celkové hmotnosti 18,1 Zemí. Zbývající 0,2 hmotnosti Země tvoří plynná obálka z vodíku a hélia, která asi o 0,4 Země zvětšuje pozorovaný poloměr planety.

Je dobré říci, že trochu podobných exoplanet o hmotnosti 10 a 20 Zemí, ale poměrně vysoké hustotě, přibývá. Je to docela zvláštní, protože studie říkají, že při překročení hmotnosti 10 Zemí je už zárodek planety natolik dominantní, že „vysaje“ plyn ze svého okolí – stane se tak z něj jádro obří plynné planety. Existence planet jako EPIC-1166b ukazuje, že to s hranicí 10 Zemí nebude tak jednoduché nebo existuje nějaký proces, který podobné planety později plynné obálky zase zbaví.

EPIC-1166b okolo své hvězdy oběhne jednou za méně než 14 dní. Je docela nepravděpodobné, že by vznikla tam, kde ji nyní pozorujeme. Protoplanetární disk by musel mít doslova obludné parametry z hlediska hmotnosti.

Mnohem reálnější je, že planeta vznikla dál od svého slunce a poté migrovala… otázkou je, jak a proč. Migrace způsobená vnějším vlivem (další planeta, hvězdný společník) nebo chcete-li odborně Kozaiova migrace, nevypadá moc pravděpodobně. Planeta by v takovém případě měla protáhlou dráhu, což zřejmě není tento případ.

Existuje i další migrační mechanismus pro planety o hmotnosti nad 10 Zemí, ale v jeho případě bychom u EPIC-1166b očekávali velkou plynnou obálku. Nezdá se, že by o tuto obálku planeta přišla vlivem záření mateřské hvězdy.

EPIC-1166 je ale poměrně starým planetárním systémem, starší než naše Sluneční soustava. Je možné, že planeta čelila v minulosti velkým impaktům z kdysi kompaktního systému, který původně tvořilo více planet.

Mateřskou hvězdou je oranžový trpaslík o velikosti a hmotnosti asi 70 % Slunce, který se nachází 400 světelných let daleko.

Zdroj: EPIC212521166 b: a Neptune-mass planet with Earth-like density