Astronomové odhalili záhadu exoplanet typu super-Země

Kolem hvězdy GJ 9827, která je od Země vzdálena 99 světelných roků ve směru souhvězdí Ryb, obíhá zřejmě nejhmotnější a nejhustější exoplaneta typu super-Země, jaká byla doposud objevena. Vyplývá to z nových výzkumů, které uskutečnil tým astronomů, jehož vedoucím byla Johanna Teske z Carnegie Institution For Science News. Tyto nové informace poskytly důkazy, které astronomům pomohou lépe porozumět procesům formování planet.

Hvězda GJ 9827 hostí ve skutečnosti trojici planet, které byly objeveny pomocí kosmické observatoře NASA s názvem Kepler v rámci prodloužené mise K-2 a všechny tři jsou nepatrně větší než Země. To jsou velikosti, které jsou podle družice Kepler nejvíce zastoupeny v naší Galaxii. Jejich oběžné periody jsou v rozmezí od několika dnů po několik stovek dnů.

Je zajímavé, že žádná planeta této velikosti se nenachází ve Sluneční soustavě. To je pro astronomy nepochopitelné. Týká se to zřejmě podmínek, za kterých planety vznikaly a následně se vyvíjely. Jedním z důležitých klíčů k pochopení vývoje planet je určení jejich složení. Jsou tyto super-Země podobné naší planetě? Nebo mají pevné kamenné jádro obklopené rozsáhlou hustou atmosférou?

Aby vědci porozuměli tomu, z čeho je planeta vytvořena, potřebují změřit její hmotnost a průměr, což jim umožní určit její průměrnou hustotu.

Když astronomové vyhodnotili planety tímto způsobem, zaznamenali určitý trend. Zjistili, že planety s poloměrem větším než 1,7 poloměru Země mají nafouklou atmosféru podobně jako Neptun a planety s poloměrem menším jsou kamennými tělesy, podobně jako naše rodná planeta. Někteří vědci předpokládají, že tento rozdíl je způsoben jevem označovaným jako fotoevaporizace (anglicky photoevaporation), která připravuje planety o jejich vlastní obálku tvořenou těkavými látkami – což jsou především substance jako voda a oxid uhličitý, které mají nízký bod varu – to vede k menšímu průměru planety. Potřebujeme však více informací, abychom tuto teorii prověřili.

To je důvod, proč jsou tři planety u hvězdy GJ 9827 tak neobyčejné – s poloměry 1,64 Země (planeta b), 1,29 Země (planeta c) a 2,08 Země (planeta d), což překlenuje rozdělující linii mezi super-Zemí (kamenná planeta) a sub-Neptunem (poněkud nafouklá planeta).

Naštěstí pracovníci z Carnegie Institution včetně spoluautorů výzkumu, kterými byli Steve Shectman, Sharon Wang, Paul Butler, Jeff Crane a Ian Thompson, sledovali hvězdu GJ 9827 pomocí spektrografu PFS (Planet Finding Spectrograph). Byli tak schopni vymezit hmotnosti všech tří planet v datech, která měli k dispozici, než aby čekali na nová pozorování hvězdy GJ 9827.

„Obvykle pokud je tranzitující planeta odhalena, zabere to měsíce, ne-li rok či více, k získání dostatečného množství pozorování, aby bylo možné určit její hmotnost,“ vysvětluje Johanna Teske. „Protože GJ 9827 je jasnou hvězdou, byla zařazena v katalogu mezi hvězdami, které astronomové z Carnegie Institution pozorovali již od roku 2010. To bylo unikátní pro pozorování spektrografem PFS.“

Spektrograf vyvinuli pracovníci z Carnegie Institution a nainstalovali ho na dalekohled Magellan Clay Telescopes na Carnegie’s Las Campanas Observatory.

Pomocí pozorování spektrografem PFS bylo zjištěno, že planeta GJ 9827b je zhruba 8× hmotnější než Země a patří mezi nejhmotnější a nejhustější doposud objevené planety typu super-Země. Hmotnosti planet GJ 9827c a GJ 9827d byly odhadnuty přibližně na 2,5 a 4 hmotnosti Země, ačkoliv nejistota v jejich určení je poměrně vysoká.

Ze získaných informací vyplývá, že planeta GJ 9827d je obklopena rozsáhlou obálkou tvořenou těkavými látkami a zůstává otevřenou otázkou, zda je tomu tak i u planety GJ 9827c. Avšak z lepšího vymezení hmotnosti vyplývá, že planeta GJ 9827b by mohla obsahovat zhruba 50 % železa.

„Potřebujeme však další pozorování k pochopení složení této trojice exoplanet,“ říká Sharon Wang. „Avšak zdá se, že některé z nejlepších kandidátů k prověření naší představy o vzniku a vývoji super-Zemí bude muset prozkoumat až nový kosmický dalekohled NASA s názvem James Webb Space Telescope.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/astronomers-unlock-the-mysteries-of-super-earths/ a
http://www.sci-news.com/astronomy/one-most-massive-dense-super-earths-gliese-9827b-05725.html

autor: František Martinek