Parametry hvězdy jsou něco, co se možná občas v tiskových a jiných materiálech o exoplanetách přehlíží. V odborné praxi je tomu ale jinak. Parametry hvězdy jsou výchozím bodem, ze kterého se počítají parametry planet i obyvatelné oblasti.

Před rokem byl představen objev tří planet u hvězdy Wolf 1061, kterou jsme si familiárně překřtili na vlčí hvězdu. Jedná se o jeden z nejbližších systémů. Wolf 1061 se nachází 14 světelných let daleko směrem v souhvězdí Hadonoše.

Tři planety jsou typu super-země a byly objeveny měřením radiálních rychlostí. Nezdá se, že by některá z nich tranzitovala. Pravděpodobnost tranzitu pro nejvnitřnější planetu byla původně odhadována na 14 %. Pro ty vzdálenější je samozřejmě nižší.

Nyní vyšla studie, která významně revidovala parametry hvězdy. Původně se její poloměr odhadoval na 0,25 Slunce.

Astronomové v létě loňského roku pozorovali hvězdu pomoci soustavy CHARA (Georgia State University Center for High Angular Resolution Astronomy). Jedná se o soustavu šesti dalekohledů s průměrem jednoho metru, které jsou rozesety po hoře Mount Wilson v Kalifornii. Kromě toho měli autoři k dispozici sedm let fotometrických pozorování (měření jasnosti) pomoci 0,8 m dalekohledu na Fairborn Observatory v Arizoně.

Výsledky? Hvězda má podle nové studie poloměr 0,3207 ± 0,0088 Slunce, zářivost 1,102 % Slunce a teplotu 3305 ± 46 Kelvinů. Díky přesným fotometrickým datům se podařilo odhadnout periodu rotace na 89,3 ± 1,8 dní.

Wolf 1061

Konzervativní obyvatelná oblast se nachází ve vzdálenosti 0,11 až 0,21 AU. Pokud se řadíte mezi optimisty, můžete počítat s 0,09 až 0,23 AU.

Planeta „b“ se v obyvatelné oblasti nepohybuje, je příliš blízko ke své hvězdě. Planeta „c“ se díky své výstřednosti pohybuje v obyvatelné oblasti po dobu jen asi 60 % svého oběhu okolo hvězdy. Problém je, že se jedná spíše o onu optimistickou verzi obyvatelné oblasti.

Planeta „d“ je na tom ještě hůře. Pohybuje se po velmi protáhlé dráze a do obyvatelné oblasti pouze nakoukne v době, kdy se nachází nejblíže k hvězdě. V obyvatelné oblasti stráví jen 6 % času.

Zdroj: Characterization of the Wolf 1061 Planetary System

Co přinese rok 2017 v oblasti výzkumu exoplanet? Na rozdíl třeba od kosmonautiky nelze velkou část těch nejvýznamnějších objevů předpovídat. Do poslední chvíle jsou i prostřednictvím informačního embarga drženy pod pokličkou. Přesto je zde pár věcí, na které se můžeme podívat.

Dvě nové družice pro výzkum exoplanet

Ve vesmíru jsme zatím měli jen několik družic nebo kosmických dalekohledů, mezi jejichž hlavní úkoly patřil výzkum exoplanet. Kromě superstar v podobě Keplera (start v březnu 2009) to byl ještě COROT (2006-2013) a také malý kanadský MOST (start v roce 2003), který se proslavil pozorováním Proximy Centauri nebo výzkumem tranzitů 55 Cnc e.

V roce 2017 nás čekají možná dva starty nových družic. K oběma by mělo dojít na samotném konci roku, proto ono opatrné „možná“.

Americká TESS se zaměří na hledání tranzitujících exoplanet u jasných hvězd a to po celé obloze. Do jisté míry se jedná o předsunutou jednotku pro dalekohled JWST. Některé z exoplanet, které TESS objeví, by mohl JWST prozkoumat

TESS do vesmíru dopraví raketa Falcon 9 od SpaceX. Po některých událostech budeme asi o něco více nervózní. Není to tak dávno, co Muskovi explodovala raketa ještě před startem. Obnovení provozu je v plánu už za pár dní.

Druhou družicí je CHEOPS. Jejím cílem bude pozorovat tranzity již objevených exoplanet a upřesnit jejich velikost.

Příliv objevů

Už pár dní po Novém roce nás čeká tradiční sjezd Americké astronomické společnosti. Exoplanety budou jedním z témat kongresu v texaském Grapevine a to především 6. ledna. Zajímavé bude třeba téma o tom, zda (stále hypotetická) planeta Devět nemůže být zachycenou exoplanetou, tématika exokomet nebo přímého pozorování exoplanet dalekohledem Subaru. Samozřejmě se bude diskutovat také o Keplerovi a to zejména o misi K2.

Na přelomu ledna a února proběhnou v Pasadeně dvě konference o gravitačních mikročočkách. Z pohledu exoplanet je to zatím obor s nevyužitým potenciálem. Kromě dvou projektů (OGLE a MOA) už do tohoto oboru fušují také kosmické dalekohledy, díky čemuž se třeba podařilo měřit mikročočkovou paralaxu.

Kepler pozoroval v průběhu jedné z kampaní v roce 2016 na 600 mikročočkových událostí. Na konferenci se dozvíme první výsledky.

Více k tématu:

• Einstein a Spitzer se spojili a učinili historické pozorování
• Astronomové dotáhli mikročočkovou paralaxu k dokonalosti
• Kepler otevře extrémně vzácné okno do světa bludných planet

Dávno před objevy prvních exoplanet astronomové předpokládali a později také věděli, že rovněž okolo jiných hvězd obíhají planety. Jak jsou ale časté a které jsou typické a které vzácné?

Jedním z cílů výzkumu exoplanet je zjistit, jaké typy planet jsou běžné a které naopak vzácné. Dvě nejběžnější metody jsou bohužel „citlivé“ spíše na planety s krátkou oběžnou dobou – v lepším případě zhruba do vzdálenosti oběžné dráhy Země. Ale pro celkové pochopení vzniku a vývoje exoplanet se potřebujeme podívat také do vzdálenějších končin. Jaké planety se nacházejí tam, kde ve Sluneční soustavě obíhá Jupiter nebo Neptun?

Napovědět nám mohou gravitační mikročočky. Metoda vychází z teorie relativity. Máme vzdálenou hvězdu. Mezi tuto hvězdu a nás se připlete jiná hvězda, jejíž gravitace zesílí světlo vzdálené kolegyně. Zjasnění má samozřejmě určitý průběh, který si můžeme vynést do grafu. Pokud okolo čočkující (tedy bližší) hvězdy obíhá planeta, pak také ona svou gravitací zesílí světlo vzdálené hvězdy a projeví se to jako krátkodobé zjasnění.

Existují fakticky jen dva projekty, které se zaměřují na mikročočky – polský OGLE v Chile a novozélandsko-japonský MOA. Astronomové zatím objevili pomoci mikročoček na pět desítek planet.

Daisuke Suzuki a jeho kolegové vzali data z MOA z let 2007 až 2012 a zkusili se podívat na planety na vzdálenějších drahách.

Celkem měli k dispozici 1474 mikročočkových událostí ale jen 23 exoplanet. Není to úplně největší vzorek, ale pro začátek alespoň něco.

Podle studie má typická hvězda hmotnost 60 % Slunce a typická planeta ve vzdálenějších oblastech má hmotnosti asi 20 Zemí (plus mínus). Pro srovnání uveďme, že Neptun má hmotnost 17 Zemí.

Astronomy zajímá především oblast za tzv. sněžnou čárou. To je oblast v protoplanetárním disku, kde je už dostatečně chladno (daleko od hvězdy), aby se voda (případně těkavé látky obecně) nacházely v pevném skupenství. Pro Sluneční soustavu se snažná čára vody nacházela ve vzdálenosti asi 2,4 AU. Tohle ledové království tak bude podle nové studie nejspíše současně královstvím planet podobných Neptunu.

Ale uvidíme, co přinesou další data. Gravitační mikročočky mají lovit v příštím desetiletí družice WFIRST a Euclid.

Na gravitační mikročočky se i přes tehdejší technické problémy podíval od dubna do června také kosmický dalekohled Kepler. Celkem zaznamenal přes 600 mikročočkových událostí. Výsledků se snad dočkáme v únoru, kdy je v plánu konference na toto téma.

Kepler hledal také bludné planety, a protože se nachází dál od Země, byla možnost změřit mikročočkovou paralaxu – světelná křivka mikročočkové události, jak ji viděl Kepler, je odlišná od té, kterou pozorovaly dalekohledy na Zemi. Astronomům to pomůže zjistit více informací.

Zdroj: The Exoplanet Mass-Ratio Function from the MOA-II Survey: Discovery of a Break and Likely Peak at a Neptune Mass

Jak vypadá objevování exoplanet na konci roku 2016? Podívejte se na několik zajímavých přehledů.

Dělat nějakou statistiku u exoplanet je dosti těžké, protože k tomu musíte vždy připojit podrobný komentář toho, jaká kritéria jste zvolili. A každý katalog exoplanet k tomu přistupuje jinak. Jedním z mnoha příkladů jsou velmi hmotné exoplanety, které jsou už tak hmotné, že je lze považovat spíše za hnědé trpaslíky. Bohužel hmotnost se dost často odhaduje hůře, takže není tak jednoduché udělat řez mezi oběma světy.

Následující čísla a přehledy je proto nutné brát s rezervou. Celkem dnes známe přes 3400 exoplanet a 575 multiplanetárních systémů (hvězd, okolo kterých obíhá více než jedna planeta).

Na prvním grafu jsou vidět jednotlivé metody detekce. Tranzitní metoda je dnes dominantní metodou a to samozřejmě hlavně díky Keplerovi.

Jen u části exoplanet známe poloměr i hmotnost.

Kepler

Kepler zatím objevil 4747 kandidátů a potvrzených exoplanet. Těch již potvrzených je nyní 2331.

Už delší dobu probíhá také mise K2. V rámci této mise bylo objeveno 458 kandidátů, 173 exoplanet bylo potvrzeno.

Celkem 297 kandidátů od Keplera se pohybuje v obyvatelné oblasti nebo přesněji definováno: má rovnovážnou teplotu mezi 180 a 310 K nebo má oslunění 0,25 až 2,2 (od své hvězdy dostává tyto násobky záření ve srovnání s tím, co dostává Země od Slunce). Celkem 55 kandidátů z tohoto počtu má poloměr menší než 1,8 Země.

Graf níže ukazuje dominantní postavení Keplera při hledání exoplanet.

Zdroj dat: NASA Exoplanet Archive

Výzkum exoplanet je hodně složitým oborem. Drtivou většinu exoplanet nevidíme, pozorujeme jen jejich vliv na mateřskou hvězdu. To v sobě ukrývá řadu úskalí. Výzkum atmosfér není výjimkou.

Už jen představa, že zkoumáme složení atmosféry něčeho, co nevidíme, je značně bizarní. Astronomové ale skutečně dokáží prozkoumat atmosféry exoplanet – momentálně zejména těch obřích, ale v budoucnu to bude možné také u exoplanet, na jejichž povrchu jsou podmínky vhodné k životu.

V budoucnu budeme moci pozorovat exoplanet u blízkých hvězd přímo a získávat přímo budeme získávat také jejich spektra. Do té doby si musíme vystačit s transmisní spektroskopií, která je realizovatelná jen u tranzitujících exoplanet – takže třeba u Proximy b máme nejspíše smůlu.

V případě transmisní spektroskopie se získává spektrum hvězdy v době tranzitu planety. Světlo hvězdy projde atmosférou planety a ta v něm zanechá „otisk“. Zní to jednoduše, ale zase tak jednoduché to není. K transmisní spektroskopii potřebujete špičkové přístroje a obří pozemské dalekohledy nebo ještě lépe kosmický dalekohled. Kus práce by v tomto oboru měl odvést Dalekohled Jamese Webba.

Vliv hvězdy na atmosféru exoplanety

Olivia Venot (University of Leuven v Belgii) a její kolegové se zaměřili na velmi zajímavý aspekt výzkumu atmosfér exoplanet. Podívali se na to, zda může aktivita hvězdy nějakým způsobem ovlivnit pozorované spektrum atmosféry exoplanety. Odpověď zní ano a to zejména v případě aktivních červených trpaslíků.

Tým si vzal na paškál hvězdu AD Leo, která je jedním z velmi aktivních červených trpaslíků. Okolo AD Leo nechali obíhat dvě hypotetické a různě vzdálené exoplanety s rovnovážnými teplotami 412 a 1303 Kelvinů.

Z výsledku simulací vyplývá, že erupce hvězdy mohou skutečně ovlivnit chemické složení atmosféry planety a pozměnit pozorovaná spektra. Konkrétně se to může týkat i zjištěného zastoupení některých důležitých molekul, jako jsou vodík či amoniak.

Nemusí přitom platit, že hvězdná aktivita ovlivňuje složení atmosféry pouze dočasně. Podle studie nějakou dobu trvá, než se atmosféry planety vrátí do „normálního stavu“. V případě exoplanet, jejichž atmosféry jsou doslova bombardovány hvězdnými erupcemi, může platit, že ke změnám složení atmosféry dochází v podstatě nepřetržitě.

Zdroj: Influence of stellar flares on the chemical composition of exoplanets and spectra