Záhada: u mladé hvězdy objeveny obří planety v protoplanetárním disku

Astronomové identifikovali mladou hvězdu se čtyřmi planetami velikosti Jupitera a Saturnu, které kolem ní obíhají. Je to vůbec první případ, kdy byly objeveny tak hmotné planety u tak mladé hvězdy. Tato soustava také představuje nový rekord pro nejextrémnější rozpětí doposud pozorovaných drah: nejvzdálenější planeta je více než 1000× dále od hvězdy než nejbližší planeta, což vyvolává zajímavou otázku, jak vůbec mohla taková soustava vzniknout. Pro zajímavost: Pluto je ve Sluneční soustavě jenom 102× dále než Merkur.

Stáří hvězdy bylo určeno na pouhé 2 milióny roků – jedná se tedy v kosmickém měřítku o „batole“ – a přitom je obklopena obrovským prstencem složeným z prachu, plynu a ledových zrníček. Tento útvar známý jako protoplanetární disk je oblast, kde se v planetárních soustavách formují planety, jejich měsíce, asteroidy a další tělesa. Záhadou je vznik obřích planet u tak mladé hvězdy. Podle současných teorií se totiž planeta hmotnosti Jupitera zformuje zhruba za 10 miliónů roků.

Hvězda byla známa již dříve jako pozoruhodný objekt, protože obsahuje prvního tzv. horkého jupitera – hmotnou planetu obíhající velmi blízko mateřské hvězdy – kroužící kolem tak mladé stálice. Ačkoliv planety typu horkého jupitera byly vůbec prvním typem objevených exoplanet, jejich existence byla pro astronomy dlouho záhadou. Velmi často se totiž nacházejí příliš blízko mateřských hvězd, než aby se tam mohly vůbec zformovat.

Nyní skupina astronomů pod vedením University of Cambridge využila radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) k pátrání po planetárních sourozencích tohoto „nezletilého“ horkého jupitera. Jejich snímky odhalily tři zřetelné mezery v protoplanetárním disku ve vzdálenostech 13, 39 a 100 AU, které – v souladu se současnými teoretickými modely – byly s největší pravděpodobností vytvořeny třemi dalšími planetami, které rovněž obíhají kolem této mladé hvězdy. Jejich závěry byly publikovány v časopise Astrophysical Journal Letters.

Hvězda s označením CI Tau se nachází v souhvězdí Býka, ve vzdálenosti zhruba 500 světelných roků, v oblasti velmi produktivní hvězdné „porodnice“ v naší Galaxii. Samotná hvězda je poněkud méně hmotná než Slunce (asi 80 % jeho hmotnosti). Její čtyři planety se velmi odlišují svými drahami: nejbližší z nich leží uvnitř ekvivalentu dráhy Merkuru ve Sluneční soustavě, zatímco nejvzdálenější dráha leží ve vzdálenosti více než třikrát větší než dráha planety Neptun. Nejvnitřnější exoplaneta pojmenovaná CI Tau b byla objevena v roce 2016. Kolem mateřské hvězdy oběhne za pouhých 9 dnů. Dvě vnější planety mají hmotnosti přibližně odpovídající Saturnu, zatímco dvě vnitřní planety mají hmotnost jednoho a jedenácti Jupiterů.

Objev nastolil pro astronomy mnoho otázek. Zhruba 1 % hvězd hostí exoplanety typu horkého jupitera, avšak většina z nich obíhá kolem hvězd několiksetkrát starších než CI Tau. „V současné době je nemožné říci, zda extrémní planetární architektura pozorovaná u hvězdy CI Tau je běžná v soustavě s horkým Jupiterem, protože způsob, kterým byly tyto sourozenecké planety detekovány – prostřednictvím jejich vlivu na protoplanetární disk – by nefungoval v případě starších soustav, u kterých již protoplanetární disky neexistují,“ říká profesorka Cathie Clarke from Cambridge's Institute of Astronomy, hlavní autorka studie.

Podle vědců není rovněž jasné, jestli sourozenecké planety hrály úlohu v přesunu nejvnitřnější planety na její současnou ultra blízkou dráhu a jestli to je mechanismus, který všeobecně funguje při vytváření exoplanet typu horkého jupitera. Další záhadou je, jak se zformovaly dvě vnější planety.

„Modely vzniku planet mají tendenci soustředit se na to, zda jsou schopny vytvořit typy planet, které již byly pozorovány, a tak nové objevy nemusí nevyhnutelně souhlasit s těmito modely,“ vysvětluje Cathie Clarke. „Planety hmotnosti Saturnu se zřejmě zformovaly tak, že se nejprve vytvořilo pevné jádro a následně si přitahovalo plyn z okolí, avšak tyto procesy jsou podle předpokladu velmi pomalé v tak velkých vzdálenostech od hvězdy. Většina modelů bude zápasit s vytvořením planet těchto velikostí v těchto vzdálenostech.“

Cílem bude studovat tuto záhadnou soustavu na různých vlnových délkách elektromagnetického záření za účelem získání více záchytných bodů o vlastnostech disku a samotných planet. Mezitím ALMA – první radioteleskop se schopností zobrazit vznik planet – bude pravděpodobně vylučovat další překvapení v jiných soustavách přetvářející náš obraz toho, jak planetární soustavy vznikají.

Zdroj: https://phys.org/news/2018-10-giant-planets-young-star.html; https://www.sciencealert.com/ci-tau-star-protoplanetary-disc-four-gas-giants-jupiter-saturn-mass-extreme-orbit-mystery a https://www.cam.ac.uk/research/news/giant-planets-around-young-star-raise-questions-about-how-planets-form

autor: František Martinek