Exoplanéty nám pomôžu zistiť ako vyzerajú planetárne systémy

  • Valentín Korinek | 14 Marec 2021
    Exoplanéty
Astronómovia predpokladajú, že hustejšie exoplanéty sú bližšie k svojej materskej hviezde ako tie s menšou hustotou. V systéme šiestich planét s označením TOI-178,(zobrazených na ilustrácii) je to však trochu inak. (ESA)
Dve skupiny rodiny exoplanét sa líšia v tom, ako môže vyzerať planetárny systém. Nové štúdie zloženia svetov obiehajúcich okolo dvoch rôznych hviezd ukazujú širokú škálu možností, ako by planetárny systém mal vyzerať. Všetky sa líšia od našej slnečnej sústavy.

Vedci zamerali svoj pohľad na starý známy obľúbený planetárny systém s názvom TRAPPIST-1, ktorý obsahuje sedem planét veľkosti Zeme obiehajúcich okolo malej, slabo svietiacej hviezdy, vzdialenej od nás približne 40 svetelných rokov. Iný tím vedcov nedávno študoval systém s názvom TOI-178, ktorý má najmenej šesť planét - tri z nich sú nám už známe, no tri z nich boli nedávno objavené, všetky krúžiace okolo jasnej horúcej hviezdy vzdialenej zhruba 200 svetelných rokov.

Oba systémy ponúkajú planetárnym vedcom výhodu oproti doteraz zaznamenaným 3 000 rodinám exoplanét. Všetkých sedem planét v systéme TRAPPIST-1 a všetkých šesť v TOI-178 majú známe hmotnosti a polomery. To znamená, že planetárni vedci môžu zistiť ich hustotu, ktorá je kľúčom k zloženiu planét.

Tieto dva systémy tiež ponúkajú ďalšiu výhodu: planéty sú zhlukované tak blízko svojich hviezd, že pohyby väčšiny z nich sú pod vplyvom *rezonančného reťazca. To znamená že, keď vonkajšia planéta dokončí jednu obežnú dráhu okolo svojej hviezdy, niektoré z jej bližších planét to absolvujú niekoľkokrát.

Rezonančné reťazce sú krehké usporiadania a aj mierne vyradenie planéty z obežnej dráhy ich môže zničiť a systémy TRAPPIST-1 a TOI-178 sa musia formovať pomaly a jemne.

Vedci očakávajú, že planéty ďalej od hviezdy budú mať väčšie zložky vodíka a plynného hélia ako planéty bližšie. Čím bližšie k hviezde, tým hustejšia by planéta mala byť. Je to preto, že vzdialenejšie planéty sa pravdepodobne vytvorili tam, kde je chladno, a na začiatok bolo viac materiálu s nízkou hustotou, ako je zamrznutá voda, a nie skala. Navyše, hviezdne svetlo dokáže ľahšie odizolovať atmosféru z blízkych planét ako z tých vzdialenejších, čo znamená, že vnútorné planéty majú tenšie atmosféry, alebo dokonca žiadne.

Systém TOI-178 tento predpoklad nespĺňa. Najvnútornejšie planéty sa zdajú byť kamenné, s hustotou podobnou Zemi. Tretia z nich je porovnateľná s hustotou, akú má Jupiter, ale je oveľa menšia. Nasledujúca štvrtá planéta má hustotu podobnú Neptúnu, asi tak jednu tretinu hustoty Zeme. Potom existuje jedna s asi 60-percentnou hustotou Zeme a posledná planéta v tomto planetárnom systéme je planéta podobná Jupiteru.

Na druhej strane, planéty systému TRAPPIST-1 sú bližšie našej Zemi. Každý tamojší svet (planéta) je zhruba rovnakej veľkosti ako Zem, čo predstavuje 0,76 až 1,13-násobok zemského polomeru. Navyše, najmenej tri z týchto planét sa zdajú byť v obývateľnej zóne hviezdy, v regióne, kde môžu byť teploty vhodné pre kvapalnú vodu.

Vedci teda vykonali zatiaľ najpresnejšie merania hmotností v systéme TRAPPIST-1. Všetkých sedem svetov je takmer identických, ale o niečo menej hustých ako Zem. To znamená, že planéty môžu byť kamenné, ale môžu mať v porovnaní so Zemou nižší podiel ťažkých prvkov, ako je napríklad železo. Alebo by to mohlo znamenať, že majú v horninách viac kyslíka viazaného na železo. V podstate akoby hrdzaveli.

Zdá sa, že sedem planét systému TRAPPIST-1 má navzájom podobné zloženie, no líšiace sa od toho pozemského. Mohli by mať pozemský vzhľad, avšak s menším jadrom bohatým na železo (stred), alebo by nemali jadro vôbec (vľavo). Mohli by mať tiež hlboké oceány (vpravo), ale tri vnútorné planéty sú pravdepodobne príliš horúce na to, aby toľko vody udržali. (JPL-Caltech / NASA)

Oxidované železo by netvorilo planetárne jadro, čo by mohlo byť pre život zlou správou. A žiadne jadro znamená absenciu akéhokoľvek magnetického poľa na ochranu planét pred škodlivými erupciami hviezdy a jej žiarením.

Nie je však jasné, ako sa planéty bez jadier formujú. Nejaké teoretické scenáre už vedci majú, avšak žiaden konkrétny dôkaz. To by mohol zmeniť vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba, ktorého spustenie sa plánuje v októbri 2021. Ten by mal skúmať aj atmosféry exoplanét na prítomnosť chemických prvkov, ktoré by podrobnejšie odhalili, z čoho sú zložené.

Vzájomná podobnosť planét systému TRAPPIST-1 nie je až takou raritou ako rozdiely medzi planétami systému TOI-178. Ak majú všetky planéty rovnaké zloženie, mal by sa dať pomocou toho vysvetliť akýkoľvek model formovania planét a celého planetárneho systému.

V štúdiu planetárnych systémov sme na dobrej ceste a budúce výsledky ďalekohľadu Jamesa Webba by nám toho mohli poodhaliť oveľa, oveľa viac.

-------------------------------------------

*Rezonačný reťazec súvisí s dráhovou rezonanciou, ktorá predstavuje vlastnosť pohybu dvoch telies planetárnej sústavy, ktorá ovplyvňuje stabilitu ich usporiadania. Pri obiehaní okolo hviezdy teda existujú určité konfigurácie alebo vzory, ktoré sa neustále opakujú. Dobrým príkladom dráhovej rezonancie v slnečnej sústave sú tri dobre známe mesiace planéty Jupiter – Io, Európa, Ganymedes. Tie sa nachádzajú v rezonancii v pomere 4:2:1, čo znamená, že pokým Ganymedes obehne Jupiter, Io ho stihne obletieť 4-krát, a kým Európa obehne Jupiter, Io ho obletí 2-krát.


Popis k videu: Planéty TOI-178 s pohybmi vytvárajúcimi rezonančný reťazec, ktorý naznačuje, že sa systém formuje jemne. Video ilustruje tento pohyb: keď vonkajšia planéta dokončí jednu celú obežnú dráhu, vnútorné planéty absolvujú niekoľko obežných dráh. Každej celej a pol obežnej dráhe je pridelený určitý tón. Keď sa planéty vyrovnajú, pohyby sa akoby zladia.