Hvězdárna Vsetín logo Muzea regionu Valašsko logo Zlínského kraje
Od 13. 3. 2020 je hvězdárna pro veřejnost UZAVŘENA !
Astronomie

První zobrazení systému čtyř exoplanet

V roce 2008 bylo úspěšně provedeno jedno z prvních přímých zobrazení soustavy exoplanet, a to u hvězdy HR 8799. Vědecký tým pod vedením Christiana Maroise z Herzberg institutu astrofyziky v Kanadě pořídil fotografii zobrazující tři obří exoplanety. Stejný tým se v letech 2009 – 2010 vrátil k pozorování této soustavy a s použitím dalekohledu Keck II byla v systému objevena čtvrtá složka.

HR 8799 + sluneční soustava
Obr. 1: Porovnání dvou planetárních soustav - HR 8799 a sluneční soustavy.
Systém HR 8799
Obr. 2: Fotografie extrasolárních planet soustavy HR 8799.
Nově nalezená planeta obíhá mateřskou hvězdu ve vzdálenosti 14,5 AU, což je nejméně ze všech objevených exoplanet této soustavy. Všechny ostatní planety se pohybují na oběžných drahách ve vzdálenosti větší než 24 AU. Snímky byly pořízeny v blízké infračervené oblasti, kde jsou tato tělesa nejlépe viditelná. Systém je totiž ještě relativně mladý (méně než 100 milionů let) a planety jsou proto stále velmi horké - vyzařují velké množství tepla nahromaděného z dob jejich tvorby.

Mladé planety jsou pro astronomy velmi zajímavým cílem dalšího výzkumu. Existuje několik teorií popisujících způsob formování velkých planet. Podle jedné z nich se tyto objekty vytvořily v krátké době díky gravitačnímu kolapsu z materiálu, který tvoří celou hmotu planety. Další možností je, že díky gravitaci na počátku tvorby planety vzniklo jen její malé jádro. Na něj se teprve následně nabaloval další materiál, a to tak, jak planetesimála „vymetala“ prostor na své dráze. Výzkum mladých planet je výzvou pro obě teorie. Jak Christian Marois uvedl: „Žádná z nich nemůže spolehlivě vysvětlit vznik všech čtyř exoplanet“. V případě této soustavy je možná aplikovatelná kombinace obou teorií. Astronomové v systému objevili pásy prachu, jehož existence by mohla objasnit, jaký druh formace byl příčinou vzniku jednotlivých planet. Zejména je náročné vysvětlit vznik nově objevené planety HR 8799e v této vzdálenosti od mateřské hvězdy, neboť její velká gravitace by neměla dovolit vzniknout velkým plynným planetám do vzdálenosti 20 až 40 AU. Zdá se, že tato planeta mohla vzniknout jen jako malé jádro s následnou akrecí dalšího materiálu, případně na svou současnou pozici migrovala z větší vzdálenosti od hvězdy.

Na obrázku 1 vidíme schematické znázornění planetární soustavy HR 8799 ve srovnání s naší sluneční soustavou (při pohledu shora ze stejné vzdálenosti jako HR 8799). Dráhy planet v systému HR 8799 jsou vyneseny za předpokladu, že tělesa obíhají hvězdu po kruhových drahách a soustavu pozorujeme z horního pohledu. Prstence připomínající Kuiperův pás a pásmo asteroidů, byly přidány na základě záznamů z družic IRAS a ISO. Prachový disk systému HR 8799 je jeden z nejtěžších, které zmiňované vědecké družice detekovaly. Vědci se domnívají, že složky systému HR 8799e a HR 8799b dynamicky interagují s těmito prachovými disky obdobně jako Jupiter s pásem asteroidů nebo Neptun s Kuiperovým pásem.

Studium systémů jako je tento, může pomoci astronomům lépe porozumět vzniku sluneční soustavy. Zajímavou podobností s naší soustavou může být i poloha drah všech obřích planet obou systémů nacházejících se za takzvanou sněžnou čárou. Sněžná čára (též hranice mrazu) je pojem, který označuje hranici oddělující oblast planetárního systému chudou na těkavé látky od oblasti, která je na tyto látky bohatá a obsahuje velké množství ledu. V případě sluneční soustavy jde o vzdálenost 2,7 AU, v případě systému HR 8799 byla spočítána hodnota 6 AU. Ukazuje se i další spojitost s naší soustavou, kdy se v obou systémech za dráhou posledních planet nacházejí pozůstatky disků patřící do oblasti s podobnými teplotami.

V současné době existuje množství různých metod určených k detekci exoplanet. Je evidentní, že jejich kombinace je při průzkumu extrasolárních soustav nezbytná, protože jednotlivé postupy detekují rozdílné typy soustav. Měření radiálních rychlostí přispívají k objevům těžkých planet nacházejících se blízko mateřské hvězdy. Metoda přímého zobrazení dokáže naopak odhalit přítomnost planet s větší vzdáleností od svého slunce. Oba zmiňované typy planet (blízké mateřské hvězdy nebo vzdálenější) reprezentují různé způsoby vzniku planetárních soustav. K plnému pochopení těchto mechanismů budou astronomové potřebovat přísun dalších dat pocházejících z obou metod detekce exoplanet. Christian Marois uvádí, že k dosažení tohoto cíle máme ještě daleko. Podle jeho slov zatím nemáme dost planetárních objektů zaznamenaných pomocí přímého zobrazení (zatím 6), abychom mohli dělat jakékoliv závěry nevybočující z omezení, jež jsou dána nedostatkem pozorovacích dat.

V nedávné minulosti bylo provedeno měření složení atmosfér tří již dříve objevených exoplanet systému HR 8799. Předpokládá se, že tyto objekty mají oblačnou atmosféru obsahující metan a oxid uhelnatý. Maroisův tým plánuje analýzu složení atmosféry u posledně objevené složky (e), nicméně jde o velmi obtížný úkol. Vědci budou muset pravděpodobně počkat na nové přístroje jako je Gemini Planet Imager (GPI). Jde o přístroj nové generace využívající adaptivní optiku, který bude umístěn na observatoři Gemini South. GPI bude vybaven stínítkem zakrývajícím světlo hvězdy. Přístroj tak bude schopen odhalit slabě zářící exoplanety pohybující se v těsné blízkosti mateřské hvězdy. Uvedení GPI do provozu je plánováno na léto 2012.

„Zatímco tento objev patří mezi první, bude určitě následován dlouhou řadou dalších snímků exoplanet“, řekl Christian Marois. Vědci jsou nadšení z možnosti přímého zobrazení planet u vzdálených hvězd, nicméně tento obor je ještě velmi mladý a máme se tedy mnoho co učit.

Planetární systém u hvězdy HR 8799

Název exoplanety:Hmotnost:Poloměr:Oběžná doba:Velká poloosa:
HR 8799b5 – 11 M Jupiteru1,1 R Jupiteru465 let68 AU
HR 8799c7 – 13 M Jupiteru1,3 R Jupiteru189 let38 AU
HR 8799d7 – 13 M Jupiteru1,2 R Jupiteru100 let24 AU
HR 8799e5 – 13 M Jupiteru???50 let14,5 AU


[1] Universetoday. Dostupné z: http://www.universetoday.com/81640/first-four-exoplanet-system-imaged/#more-81640/.
[2] Exoplanety.cz. Dostupné z: http://www.exoplanety.cz/2010/11/hr-8799e/.
[3] Gemini Planet Imager. Dostupné z: http://planetimager.org/.

| Autor: Miroslav Jedlička | Vydáno dne 17. 12. 2010 | 2583 přečtení | Vytisknout článek