Mohly by být tyto podivné hvězdy jen přerostlé planety?

Mnoho astronomických objektů se řídí jasnými pravidly a zapadá do přehledných kategorií, ale hnědí trpaslíci (nebeské objekty příliš hmotné na to, aby byly pouhými planetami, ale příliš malé na to, aby byly skutečnými hvězdami) nadále odmítají spolupracovat.

Astronomové nedávno studovali vzorek 70 objektů, od planet o hmotnosti Jupitera až po hnědé trpaslíky, kteří jsou na pokraji hvězdné třídy. Hledáním vztahu mezi hmotností těchto objektů a určitými vlastnostmi jejich hvězdných systémů (například zda hostitelská hvězda obsahovala prvky těžší než hélium nebo jak kruhové byly oběžné dráhy objektů) doufali vědci, že nakreslí jasnou hranici, která odděluje hmotné objekty, které se formují jako hvězdy, od menších, které se formují jako planety. Byli však odsouzeni ke zklamání, protože skutečný vesmír je chaotický a komplikovaný.

Jak se ukázalo, hranice mezi hvězdami a planetami by mohla být spíše šedým, nejasným kontinuem, tvrdí astrofyzik Gregory Gilbert z University of California Los Angeles a jeho kolegové v nedávném článku publikovaném v časopise The Astronomical Journal.

Planety a hvězdy se tvoří odlišně – s výjimkou té skupiny uprostřed. Hvězdy se podle definice pyšní nejméně 80krát větší hmotností než Jupiter a tvoří se zvenčí dovnitř. Když se shluk plynu v molekulárním oblaku zhroutí pod vlivem vlastní gravitace, hustě uspořádané atomy v jeho jádru se začnou spojovat a uvolňovat teplo a světlo; zrodí se hvězda.

Obří plynné planety o velikosti až do hmotnosti Jupitera se naopak formují zevnitř ven. Nejprve se v disku materiálu kolem nově vznikající hvězdy shlukne několik zrnek prachu a jejich kombinovaná gravitace stačí k tomu, aby začala přitahovat ještě více prachu. Materiál se hromadí stále rychleji a rychleji a vytváří skalnaté jádro obklopené silnými vrstvami plynu.

Mezi tím se však nachází celá řada objektů, u kterých si astronomové nejsou jisti, zda je mají klasifikovat jako „neúspěšné hvězdy“ nebo „přerostlé planety“.

S hmotností mezi 13 a 80násobkem Jupitera nejsou hnědí trpaslíci dostatečně hmotní na to, aby u nich probíhala fúze vodíku na hélium jako u skutečné hvězdy, ale jsou tak akorát velcí na to, aby v nich probíhala fúze deuteria, izotopu vodíku, který obsahuje neutron spolu se standardním protonem a elektrony. (Kupodivu deuterium vyžaduje k fúzi na hélium menší tlak než vodík.) A pak jsou tu „hnědí podtrpaslíci“ (sub-brown dwarf), plynní obři, kteří jsou podle planetárních standardů skutečně velcí, ale nejsou dostatečně velcí na to, aby byli řádnými hnědými trpaslíky.

V ideálním případě by měla existovat jasná hranice: objekty nad určitou hmotností by měly být neúspěšné hvězdy, které vznikly z kolabujících plynných oblaků, a objekty pod touto hmotností by měly být přerostlé planety, které se vytvořily z planetárních disků. Zatím se však astronomům s nalezením takové hranice moc nedařilo.

V roce 2024 astrofyzik Steven Giacalone, jeden ze spoluautorů současné studie, objevil hnědého trpaslíka, který se zřejmě vytvořil akrecí jádra, což z něj v podstatě činí největší planetu vůbec. A někteří hnědí podtrpaslíci – gigantické planety, které nejsou dostatečně velké na to, aby se daly považovat za hnědé trpaslíky – se zřejmě vytvořili gravitačním kolapsem, což znamená, že se jim tak nedařilo být hvězdami, že se z nich ani nedokázali stát hnědí trpaslíci.

„Přesně jak velký objekt může vzniknout akrecí jádra nebo jak malý objekt může vzniknout nestabilitou disku nebo fragmentací oblaků, je třeba teprve určit,“ napsali Gilbert a jeho kolegové ve svém nedávném článku. „Možná… jsme dosud nezkoumali správnou kombinaci parametrů.“

Gilbert a jeho kolegové použili statistické modely k testování, jak hmotnost jejich objektů souvisí s chemickým složením hostitelských hvězd a tvarem oběžných drah objektů.

Pohled na orbitální excentricitu těchto objektů (míra toho, jak blízko je oběžná dráha dokonalé kružnici) vypráví v podstatě stejný příběh. Méně hmotné objekty mívají kruhovější oběžné dráhy, zatímco nejhmotnější z těchto objektů, podobné hnědým trpaslíkům, se ve své excentricitě více liší. Gilbert a jeho kolegové však poznamenali, že tento trend byl velmi pozvolný.

„Můžeme rozumně předpokládat, že s rostoucí hmotností objektu klesá pravděpodobnost, že vznikl akrecí jádra, a roste pravděpodobnost, že vznikl gravitační nestabilitou jako plynný oblak hroutící se do sebe,“ napsali vědci ve svém nedávném článku, ale jedná se spíše o spektrum než o čisté rozdělení objektů do dvou skupin.

A pak je tu ještě metalicita. Planeta může nahromadit dostatek materiálu a dostatečně rychle, aby se z ní stal plynný obr, pouze pokud se zformuje v hvězdné soustavě, která je velmi „kovová“ – to znamená, že je plná prvků těžších než hélium (většinou uhlíku, kyslíku a železa). Pokud by tedy existovala jasná dělicí čára mezi hmotnějšími objekty vzniklými kolapsem molekulárních mračen a méně hmotnými objekty vzniklými akrecí, vědci jako Gilbert a jeho kolegové by očekávali, že menší hnědí podtrpaslíci se budou formovat pouze v hvězdných soustavách bohatých na kovy. To ale Gilbert a jeho kolegové ve svých datech ve skutečnosti neviděli.

Zdá se, že místo toho neexistuje žádný vztah mezi hmotností plynného veleobra a metalicitou jeho hvězdné soustavy. To naznačuje, že některé z těchto objektů vznikly akrecí jádra, zatímco jiné se formovaly spíše jako hvězdy – se stejným konečným výsledkem a často i se stejnou hmotností. Což znamená, že v současné době nemůžeme na první pohled rozeznat, zda se jedná o neúspěšnou hvězdu nebo o divoce úspěšnou planetu.

„Možná existuje jasná dělicí čára mezi způsoby formování, ale zatím jsme ji nenašli, buď proto, že nemáme dostatek objektů, nebo proto, že jsme zatím neprozkoumali správnou kombinaci parametrů,“ napsali Gilbert a jeho kolegové ve svém nedávném článku.

Zdroj: https://www.space.com/astronomy/stars/could-these-weird-stars-just-be-overgrown-planets

autor: František Martinek