Kamenná exoplaneta – přesvědčivý důkaz

ESO 033/09 tisková zpráva

Podařilo se stanovit hmotnost a hustotu nejmenší exoplanety

Nejdelší série měření dosud provedená zařízením HARPS pomohla přesněji stanovit vlastnosti nejmenší známé exoplanety s nejkratší periodou oběhu. Planeta nese označení CoRoT-7b a její hmotnost je ve srovnání se Zemí asi pětinásobná. Při známém poloměru planety, který je menší než dvojnásobek poloměru Země, musí být hustota planety CoRoT-7b srovnatelná se Zemí, tzn. že můžeme očekávat kamenné těleso. Rozsáhlé množství pořízených dat také odhalilo dalšího člena v tomto vzdáleném hvězdném systému.

„Jedná se o vědecké poznání na hranici soudobých možností,“ říká Didier Queloz, vedoucí výzkumného týmu. „Udělali jsme vše, co bylo v našich silách, abychom zjistili, jak objekt nalezený družicí CoRoT vypadá, a objevili jsme jedinečný hvězdný systém.“

V únoru 2009 byl oznámen objev malé exoplanety, kterou nalezl satelit CoRoT [1]. Planeta obíhá  kolem nenápadné hvězdy s označením  TYC 4799-1733-1. Objev byl ohlášen rok po první identifikaci objektu, až po pečlivých pozorováních mnoha pozemními dalekohledy, včetně několika teleskopů ESO. Mateřská hvězda, známá také jako CoRoT-7, se nachází ve vzdálenosti 500 světelných let od nás směrem do souhvězdí Jednorožce (Monoceros), je o něco chladnější než naše Slunce a předpokládá se, že je také mladší. Její věk se odhaduje na 1,5 miliardy let.

Každých 20,4 hodiny zastíní planeta na více než hodinu část světla přicházejícího z hvězdy, což způsobí pokles jasnosti o jednu třítisícinu [2]. Vzdálenost planety CoRoT-7b od mateřské hvězdy je pouhých 2,5 miliónu kilometrů, což je 23krát blíže, než se nachází Merkur od Slunce. Zato poloměr planety je přibližně o 80 % větší než poloměr Země.

Z první série pozorování však nebylo možné stanovit hmotnost planety. K tomu je potřeba provést velice přesná měření rychlosti „houpavého“ pohybu centrální hvězdy, způsobeného gravitačním působením malé planety při jejím pravidelném oběhu. Zásadním problémem při takovém pozorování, zvláště u hvězdy CoRoT-7, je její vlastní aktivita spojená s přítomností hvězdných skvrn (obdoba slunečních skvrn, tj. chladnějších míst na povrchu Slunce). Hlavní zaznamenaný signál je totiž spojen s rotací hvězdy, která vykoná jednu otočku za 23 dní.

Aby astronomové získali jednoznačnou odpověď na své otázky, vyžádali si služeb nejlepšího lovce exoplanet na světě, spektrografu HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) na 3,6 metrovém  dalekohledu ESO v La Silla.

„Přestože je HARPS nepřekonatelným hledačem malých exoplanet, při náročném průzkumu CoRoT-7b bylo zapotřebí získat 70 hodin pozorovacího času,“ říká spoluautor François Bouchy.

HARPS umožnil astronomům rozlišit v naměřených datech signál o periodě 20,4 hodiny a z jeho intenzity odvodit hmotnost planety. Pětinásobek hmotnosti Země řadí CoRoT-7b mezi nejmenší nalezené exoplanety.

„Jelikož rovina oběhu planety je položena tak, že z našeho pohledu dochází k jejím přechodům přes  disk hvězdy – jedná se o takzvanou tranzitující exoplanetu – můžeme přímo měřit (a ne jen odhadovat) její hmotnost, která je mimochodem nejmenší, jaká byla dosud u exoplanety přesně změřena,“ říká členka výzkumného týmu Claire Moutou [3]. „Pokud navíc známe poloměr planety, můžeme stanovit její hustotu a získat tak jasnější představu o vnitřní struktuře tělesa.“

S hmotností, která je mnohem blíže té zemské než například hmotnost Neptunu, který je 17krát hmotnější než Země, patří CoRoT-7b do skupiny exoplanet označovaných jako 'super-Země'. Takových těles bylo dosud identifikováno jen několik. Poprvé v případě CoRoT-7b však byla u takto malé exoplanety přímo určena hustota, která je navíc blízká střední hustotě Země. To naznačuje, že by se podobně jako v případě Země mohlo jednat o kamenné těleso.

„Objevení a výzkum CoRoT-7b je ukázkou možností současných astronomických měření. Přesná  světelná křivka získaná družicí CoRoT umožnila zjištění průměru planety, HARPS poskytl údaje pro určení její hmotnosti. Obě tyto části bylo potřeba k objevení a potvrzení existence kamenné exoplanety s hustotou blízkou Zemi,“ říká Artie Hatzes.
 
Jako exoplaneta obíhající dosud nejblíže své mateřské hvězdě má CoRoT-7b ještě další zvláštnost. Je nejrychlejší známou planetou. Obíhá kolem své hvězdy rychlostí vyšší než 750 000 km/h, pohybuje se tedy 7krát rychleji než Země kolem Slunce. „CoRoT-7b je ve skutečnosti tak blízko své hvězdy, že tento svět připomíná spíše Danteho Peklo než Zemi. S povrchovou teplotou kolem 2000 °C na straně přivrácené k hvězdě může být její povrch, podle teoretických modelů, pokryt oceánem lávy. S takto extrémními podmínkami tato planeta rozhodně není vhodným místem k vývoji života,“ říká Queloz.
 
Dalším výstupem precizních měření spektrografu HARPS je nový objev. Kolem hvězdy CoRoT-7 obíhá v o něco větší vzdálenosti další exoplaneta označená jako CoRoT-7c. Hvězdu oběhne za 3 dny a 17 hodin a její hmotnost je odhadována na devítinásobek Země. Jedná se tedy o další 'super-Zemi' v systému. Na rozdíl od planety CoRoT-7b však tato její větší sestra nepřechází při pohledu ze Země přes disk hvězdy, a není tedy možné určit její průměr a hustotu.
 
Po těchto zjištěních se systém CoRoT-7 stal první známou soustavou se dvěma krátkoperiodickými planetami typu 'super-Země', kde jedno z těles přechází přes disk mateřské hvězdy.
 

Zdroj

Poznámky
 
[1] Družice CoRoT byla vypuštěna a je provozována ve spolupráci Francie, ESA, Rakouska, Belgie, Brazílie, Německa a Španělska.

[2] Stejný efekt můžeme pozorovat v naší Sluneční soustavě, když Merkur nebo Venuše přechází přes sluneční disk (jako například Venuše 8. června 2004 – ESO PR03/04). V minulosti byly tyto úkazy používány ke stanovení vzdálenosti Slunce-Země, což přineslo velmi důležité informace pro astrofyziku a nebeskou mechaniku.
 
[3] Exoplaneta Gliese 581e byla taktéž nalezena spektrografem HARPS a její hmotnost je odhadována minimálně na dvojnásobek Země (ESO 15/09), přesná geometrie dráhy ale není známa, čili stanovení hmotnosti dosud není možné. V případě CoRoT-7b lze díky tranzitům geometrii oběhu přesně zjistit a tedy určit hmotnost tělesa.

 
Další informace

Výzkum je prezentován v článku zveřejněném ve speciálním čísle časopicu Astronomy and Astrophysics, vol. 506-1, 22. října 2009: "The CoRoT-7 planetary system: two orbiting Super-Earths", by D. Queloz et al.
 

Složení týmu

D. Queloz, R. Alonso, C. Lovis, M. Mayor, F. Pepe, D. Segransan, and S. Udry (Observatoire de Genève, Switzerland), F. Bouchy, F. and G. Hébrard, G. (IAP, Paris, France), C. Moutou, M. Barbieri, P. Barge, M. Deleuil, L. Jorda, and A. Llebaria (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, France), A. Hatzes, D. Gandolfi, E. Guenther, M. Hartmann, and G. Wuchterl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Germany), M. Auvergne, A. Baglin, D. Rouan, and J. Schneider (LESIA, CNRS, Observatoire de Paris, France), W. Benz (University of Bern, Switzerland), P. Bordé, A. Léger, and M. Ollivier (IAS, UMR 8617 CNRS, Université Paris-Sud, France), H. Deeg (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain), R. Dvorak (University of Vienna, Austria), A. Erikson and H. Rauer (DLR, Berlin, Germany), S. Ferraz Mello (IAG-Universidade de Sao Paulo, Brazil), M. Fridlund (European Space Agency, ESTEC, The Netherlands), M. Gillon and P. Magain (Université de Liège, Belgium), T. Guillot (Observatoire de la Côte d'Azur, CNRS UMR 6202, Nice France), H. Lammer (Austrian Academy of Sciences), T. Mazeh (Tel Aviv University, Israel), and M. Pätzold (Köln University, Germany).

Kontakty

Didier Queloz; Geneva Observatory, Switzerland; Phone: +41 22 379 2477; E-mail: didier.queloz (at) unige.ch

François Bouchy; IAP, Paris and OHP, St Michel l'Observatoire, France; Phone: 33 4 92 70 64 94; E-mail: bouchy (at) iap.fr

Claire Moutou; Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, France; Phone: +33 4 91 05 59 66; E-mail: Claire.Moutou (at) oamp.fr

Artie Hatzes; Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Germany; Phone: +49 36 42 78 63 55; Mobile: +49 (0)163 69 13 863; E-mail: artie (at) tls-tautenburg.de

ESO La Silla - Paranal - ELT Press Officer: Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hbofin@eso.org
ESO Press Officer in Chile: Valeria Foncea - +56 2 463 3123 - vfoncea@eso.org

Překlad: Tomáš Mohler a Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí
Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040 suchan@astro.cz

autor: Tomáš Mohler, Jiří Srba