Teorie formování planet vzhůru nohama

ESO 016/10 tisková zpráva

Dnes byl na Národním astronomickém setkání Spojeného království v Glasgow (UK National Astronomy Meeting, RAS, NAM2010) oznámen objev dalších devíti tranzitujících exoplanet. Když astronomové zkombinovali data o nových planetách se staršími, překvapilo je, že 6 exoplanet ze sledovaného vzorku 27 objektů obíhá svou hvězdu v opačném směru vzhledem k její rotaci – což je přesným opakem toho, co platí v naší Sluneční soustavě. Tyto nové objevy představují vážnou výzvu pro současné teorie formování planet a zároveň naznačují, že systémy s exoplanetami typu ‘horký Jupiter’ zřejmě neobsahují planety zemského typu. 

“Je to opravdová bomba, kterou jsme právě hodili do současného světa extrasolárních planet,“ říká Amaury Triaud, postgraduální student na Ženevské observatoři, který společně s  Andrew Cameronem a Didier Quelozem vedl hlavní část pozorovací kampaně.
 
Předpokládá se, že planety vznikají formováním z disku plynu a prachu, který obklopuje mladou hvězdu. Tento protoplanetární disk rotuje ve stejném smyslu jako hvězda sama. Dodnes se také očekávalo, že planety vytvořené v disku budou všechny obíhat více-méně v jedné rovině a ve shodném směru. To platí pro naši Sluneční soustavu.

Po první detekci zmíněných devíti nových exoplanet [1] pomocí Wide Angle Search for Planets (WASP, [2]) použil tým astronomů další přístroje (spektrograf HARPS na dalekohledu o průměru 3,6 m, ESO, La Silla, Chile; Swiss Euler telescope, La Silla, Chile) a jimi získaná data, aby objev potvrdil a fyzikálně charakterizoval nově objevené i již známé exoplanety [3].

Když astronomové zkombinovali stará a nová pozorování, překvapivě se ukázalo, že více jak polovina sledovaných ‘horkých Jupiterů’ [4] má své oběžné dráhy výrazně skloněny vzhledem k rotaci svých mateřských hvězd. Dokonce se podařilo potvrdit, že 6 ze sledovaného vzorku exoplanet (2 z nově objevených) obíhají kolem svých hvězd retrográdně – tedy v opačném smyslu, než odpovídá rotaci hvězdy.
 
“Tyto nové výsledky představují těžkou ránu pro konvenční představu, že planety by vždy měly obíhat kolem hvězdy ve stejném smyslu, v jakém hvězda rotuje,” říká Andrew Cameron z University of St Andrews, který výsledky prezentoval.

Přestože od objevu prvního ‘horkého Jupiteru’ uplynulo již 15 let, je původ těchto exoplanet pro astronomy stále záhadou. Jedná se o planety, které jsou hmotností srovnatelné s Jupiterem (nebo jej dokonce převyšují), ale zároveň obíhají kolem svých hvězd na velmi blízkých oběžných drahách. Předpokládá se, že jádra obřích planet jsou tvořena směsí ledu a hornin. Mohla tedy vzniknout jen ve vzdálených chladných oblastech, daleko od mateřské hvězdy. ‘Horcí Jupiteři’ tedy museli na své současné blízké dráhy takzvaně ‘migrovat’. Mnozí astronomové se domnívají, že k migraci docházelo v důsledku gravitační interakce s prachoplynným diskem, ze kterého planeta vznikla. Tento scénář popisuje vývoj dráhy planety za dobu několika milionů let a jeho výsledkem je blízká prográdní dráha exoplanety (její oběh se odehrává ve stejném smyslu jako rotace hvězdy). Tento scénář ve výsledku také umožňuje vznik kamenných planet zemského typu, ale nemůže být brán v úvahu pro 6 nalezených retrográdních planet. 
 
Vysvětlení vzniku těchto exoplanet nabízí alternativní teorie. Ta naznačuje, že blízkost horkých Jupiterů svým mateřským hvězdám není důsledkem jejich interakce s diskem, ale mnohem pomalejšího vývojového procesu, trvajícího až stovky milionů let, který zahrnuje gravitační působení vzdáleného planetárního či hvězdného souputníka. Poté, co tyto poruchy zavedou exoplanetu na skloněnou a protaženou dráhu, ztrácí planeta každým průletem periastrem část své kinetické energie, což ve finále může vést k jejímu 'zaparkování' na téměř kruhové ale náhodně skloněné dráze. “Dramatickým vedlejším efektem tohoto procesu je vymetení všech ostatních menších planet mimo takový systém,“ říká Didier Queloz (Geneva Observatory).

U dvou z nově objevených retrográdních exoplanet již byli nalezeni vzdálenější hmotní souputníci, kteří by teoreticky mohli představovat příčinu gravitačních poruch. Tyto nové výsledky povedou k zahájení intenzivního pátrání po dalších tělesech i ve zbývajících neobvyklých systémech.

Dosud známé retrográdní. exoplanety.

Výzkum byl prezentován na Národním astronomickém setkání Spojeného království (NAM2010) v Glasgow (Skotsko). Při této příležitosti bude publikováno 9 článků odeslaných do mezinárodních odborných časopisů, 4 z nich využívají data získaná na zařízeních ESO. Při stejné příležitosti převezme konsorcium WASP cenu Královské astronomické společnosti za rok 2010 za nejlepší společný projekt.

Zdroj

 
Poznámky

[1] Současný počet známých extrasolárních planet je 452.

[2] Devět z nově objevených exoplanet bylo nalezeno v rámci projektu Wide Angle Search for Planets (WASP), který pomocí dvojice robotických observatoří (každá používá osm širokoúhlých kamer současně sledujících oblohu) soustavně monitoruje oblohu za účelem objevování exoplanetárních tranzitů. K tranzitu dochází při přechodu planety před diskem mateřské hvězdy, kdy dojde k částečnému odstínění jejího světla a ke krátkodobému poklesu jasnosti. Osm širokoúhlých kamer umožňuje najednou sledovat jasnost až milionů hvězd a detekovat tyto zřídkavé úkazy. Observatoře WASP jsou provozovány konsorciem universit a organizací včetně Queen’s University Belfast, University of Keele, University of Leicester, St Andrews University, Open University, Isaac Newton Group (La Palma) a Instituto Astrofisica Canarias.

[3] Aby bylo možné potvrdit existenci exoplanety a fyzikálně ji zařadit, je potřeba provést měření radiálních rychlostí její mateřské hvězdy (jemného pohupování hvězdy kolem společného hmotného středu s planetou). Tato měření jsou prováděna celosvětovou sítí teleskopů vybavených citlivými spektrometry. Na severní polokouli se do projektu zapojili Nordic Optical Telescope (Kanarské ostravy) a zařízení SOPHIE na observatoři Haute-Provence (1,93 m teleskop, Francie). Na jižní polokouli pak byly k potvrzení existence exoplanet a měření úhlu, pod jakým obíhají vzhledem k ose rotace své hvězdy, použity jednak lovec exoplanet HARPS (dalekohled 3,6 m, La Silla, Chile) a také spektrometr CORALIE (Euler Swiss telescope, La Silla). Měření jasnosti, použitá k určení velikosti objevených planet, byla získána pomocí robotických teleskopů Faulkes (Las Cumbres Observatory, Havaj a Austrálie). Uvedené teleskopy (Swiss Euler Telescope, La Silla, Chile – ve spolupráci s kolegy na Geneva Observatory;  Nordic Optical Telescope, La Palma; a 1,93 m teleskop na Observatoire de Haute-Provence, Francie – ve spolupráci s kolegy na Institut d'Astrophysique de Paris a Laboratoire d'Astrophysique de Marseille) provádějí potvrzující pozorování exoplanetárních kandidátů objevených v rámci WASP. 

Studium sklonu drah, planet objevených v rámci WASP, bylo provedeno na jižní polokouli pomocí HARPS (ESO 3,6 m, La Silla) a CORALIE (Euler Swiss telescope, La Silla). Na severní polokouli se pak na výzkumu podílely Tautenburg Observatory, McDonald Observatory a Nordic Optical Telescope.

[4] ‘Horký Jupiter’ je typ exoplanety s hmotností Jupiteru či vyšší, která obíhá mateřskou hvězdu po velmi blízké oběžné dráze, mnohem blíže než planety ve Sluneční soustavě. Díky tomu, že tyto planety jsou velké a obíhají blízko, je jejich detekce prostřednictvím gravitačního působení na mateřskou hvězdu snadnější. Navíc jejich blízkost zvyšuje pravděpodobnost, že exoplaneta bude přecházet při pohledu ze Země přes disk mateřské hvězdy. Většina dosud objevených exoplanet je tohoto typu.
 
Další informace

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 14 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• Exoplanet media kit
• WASP homepage
• Animace ukazující vývoj dráhy exoplanety pod vlivem vzdáleného hvězdného souputníka (kredit: Daniel Fabrycky)

Kontakty

Didier Queloz; Geneva Observatory, University of Geneva; Switzerland; Tel: +41 22 379 2477; Email: didier.queloz@unige.ch

Andrew Collier Cameron; University of St Andrews; Scotland; Tel: +44 1334 463147; Email: Andrew.Cameron@st-and.ac.uk

Henri Boffin; ESO La Silla-Paranal/E-ELT Press Officer; Garching, Germany; Tel: +49 89 3200 6222; Cell: +49 174 515 43 24; Email: hboffin@eso.org

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