Obří exoplaneta WD 1856 b přežila smrt svého slunce

Umělecká ilustrace ukazuje obří exoplanetu WD 1856 b obíhající kolem svého mnohem menšího bílého trpaslíka. Tato planeta nějakým způsobem přežila přechod hvězdy z hlavní posloupnosti na rudého obra a pak na bílého trpaslíka. Jak se to stalo? Co to znamená pro potenciální obyvatelnost planet, jako je tato?

Všechny hvězdy nakonec umírají, včetně našeho Slunce. V závislosti na hvězdě to může znamenat zkázu pro planety. Masivní hvězdy umírají při katastrofických explozích zvaných supernovy a jejich silné tlakové vlny mohou zničit jakoukoliv planetu v dosahu. Pokud by naše Slunce bylo dostatečně hmotné, aby takto explodovalo, znamenalo by to okamžitý konec pro Zemi. Slunce ale nemá dostatečnou hmotnost.

Konec Slunce je místo toho prozaičtější. Jakmile mu dojde palivo pro jadernou fúzi, bude postupně „bobtnat“ a chladnout a stane se rudým obrem. Jak se bude zvětšovat, pohltí Merkur a Venuši, ale Zemi možná ne. Astronomové si nejsou jisti, avšak Země by mohla přežít tuto fázi Slunce. Pokud se tak stane, čeká ji mnohem odlišnější vyhlídka. Země pak bude nějakou dobu obíhat kolem bílého trpaslíka, obklopeného nádhernou mlhovinou, kterou Slunce vytvořilo při odhazování vrstev plynu. Ale i tento osud je nejistý.

Astronomové objevili neporušené planety obíhající kolem bílých trpaslíků, což ukazuje, že planety mohou přežít evoluční změny svých hvězd. Jedna z nich se jmenuje WD 1856 b, kde WD znamená bílý trpaslík (white dwarf). Je vzdálená asi 80 světelných let a družice TESS ji objevila v roce 2019. Hvězda, kolem které obíhá, je stará asi 5,8 miliardy let a má poloviční hmotnost Slunce.

Planeta je obr s poloměrem asi 10krát větším než Země. Nachází se extrémně blízko své hvězdy, obíhá ve vzdálenosti asi 0,02 astronomické jednotky (AU). Kolem hvězdy obíhá rychle, s oběžnou dobou 60krát kratší než činí oběh Merkura kolem Slunce.

Od jejího objevu o ní astronomové přemýšleli. Aby se planeta nacházela na této oběžné dráze, mohla migrovat dovnitř poté, co se hvězda stala bílým trpaslíkem. Jinak by byla zničena pohlcením, když se hvězda stala rudým obrem.

Tato planeta vedla k otázkám ohledně obyvatelnosti. Pokud planety dokáží přežít fázi rudého obra hvězdy, mohou být nějakým způsobem ještě obyvatelné? Bílí trpaslíci negenerují teplo fúzí, ale mají zbytkové teplo, jehož vyzařování může trvat biliony let, což je dostatek tepla k tomu, aby podporovalo život na blízké planetě.

Vědci chtějí vědět, jak planeta vůbec přežila, a nový výzkum v časopise Nature zkoumal její atmosféru, aby našel vodítka. Jeho název je „Aerosoly a uhlovodíky v atmosféře bílé trpasličí planety“. Vedoucím autorem je Ryan MacDonald, přednášející o extrasolárních planetách na Univerzitě St. Andrews ve Skotsku.

„Planeta je to docela zvláštní,“ uvedl hlavní autor MacDonald v tiskové zprávě. „Má zhruba velikost Jupitera, ale bílý trpaslík, kolem kterého obíhá, má velikost Země, takže je sedmkrát větší než její hvězda.“

Vzhledem k velikosti Jupitera by tato soustava mohla být nahlédnutím do budoucnosti Sluneční soustavy. Když se Slunce stane rudým obrem, pohltí planety, které jsou příliš blízko. Osud hmotnějších planet dále od Slunce je však nejasný.

„Jsme zvyklí dívat se zpět v čase, když používáme dalekohledy, ale toto je poprvé, co se můžeme těšit na to, co se může stát s vnějšími planetami kolem zbytku hvězdy podobné Slunci. Je to jako použít stroj času k nahlédnutí do vzdálené budoucnosti Sluneční soustavy,“ dodal MacDonald.

„Nedávno bylo identifikováno několik kandidátů na planety obíhajících kolem bílých trpaslíků, což dokazuje, že planety mohou přežít hvězdnou fázi po hlavní posloupnosti v neporušeném stavu,“ píší autoři. „O složení atmosféry planet po hlavní posloupnosti je známo jen málo, přičemž nejvíce vyvinuté tranzitující planety s dosud detekovanou atmosférou obíhají kolem podobrů.“

Někteří bílí trpaslíci mají disky s troskami materiálu původem z planet, které zničili, když byli rudými obry. Astronomové se domnívají, že se v nich mohou tvořit planety, ale v tomto případě tuto možnost zamítli.

Když rudý obr pohltí své nejbližší planety, může vytvořit disk trosek. Astronomové se domnívají, že je možné, že by se v tomto disku mohly tvořit explanety, ale v této situaci to není možné. Disky s troskami nejsou dostatečně hmotné na to, aby se mohla vytvořit planeta této hmotnosti.

Zbývají tedy pouze dvě vysvětlení pro WD 1856 b: mohla být pohlcena hvězdou a nějakým způsobem přežila a z mučivého zážitku vyšla neporušená. Nebo migrovala dovnitř, aniž by byla pohlcena. Tato migrace dovnitř nemusela být způsobena pouze samotnou hvězdou. WD 1856 je ve skutečnosti trojhvězdný systém se dvěma červenými trpaslíky.

„Velkou otázkou je, jak se WD1856 b ocitla tam, kde je dnes, a existují dvě teorie,“ řekl spoluautor studie Christopher O’Connor z Centra pro interdisciplinární výzkum a výzkum astrofyziky na Northwestern University. „Jednou z nich je, že planeta byla při umírání pohlcena svou mateřskou hvězdou a podařilo se jí přežít. Druhou teorií je, že k migraci došlo v důsledku gravitačního účinku jiných objektů v systému. Bílý trpaslík je součástí trojhvězdné soustavy a vnější doprovodné hvězdy mohly ovlivnit oběžnou dráhu planety WD1856 b.“

Tato práce je založena na pozorováních atmosféry planety pomocí JWST. Vědci použili dalekohled k získání transmisní spektroskopie přístrojem NIRSpec. Také určili teplotu planety. Výsledky jsou zásadním vodítkem k historii planety.

Teplota je mnohem vyšší, než se očekávalo. Zatímco očekávaná rovnovážná teplota planety je asi 160 kelvinů (-113 °C), naměřená teplota se pohybuje mezi 390 a 412 K (117 a 139 °C). Planeta je tedy mnohem teplejší, než by měla být, kdyby byla ohřívána pouze hvězdným světlem. Tato pozorování ukazují, že planeta přežila fázi rudého obra, migrovala dovnitř a přitom zažila ohřev. To může také vysvětlovat těsnou oběžnou dráhu exoplanety.

„Na základě modelů chladnutí tyto výsledky naznačují, že WD 1856 b prošla migrací se souvisejícím ohřevem při přechodu hvězdy do fáze bílého trpaslíka po 3,0–5,5 Gyr, což je v souladu s vývojem slapů po hlavní posloupnosti, kdy planeta přešla na současnou kruhovou dráhu ve vzdálenosti 0,02 AU,“ píší autoři.

Pozorování zjistila v atmosféře uhlovodíky, konkrétně metan (CH4), v množství asi 7 %. To je také důkazem migrace planety dovnitř po fázi rudého obra. Atmosféra se 7 % CH4 je bohatá na uhlík. Aby bylo přítomno tolik metanu, musela být vodíková atmosféra planety obohacena uhlíkem. To silně naznačuje, že planeta se vytvořila za hranicemi vody a oxidu uhelnatého ve své soustavě a poté migrovala dovnitř.

„Naše zjištění mají vliv na dlouhodobý osud Sluneční soustavy,“ řekl O'Connor. „Zhruba za pět miliard let Slunce zanikne a my přesně nevíme, co se v té době stane s planetami. Skutečnost, že planety mohou přežít do této závěrečné fáze hvězdného životního cyklu, skutečně rozšiřuje škálu možností, kde a kdy by ve vesmíru mohly existovat obyvatelné planety.“

O exoplanetách a jejich osudech, jak jejich hvězdy stárnou a opouštějí hlavní posloupnost, se toho dá hodně naučit. Zatímco JWST je známý zkoumáním rudého posunu světla ze starověkých objektů, jako jsou první galaxie, jedním z jeho vědeckých témat jsou také planetární systémy. Jeho výkonné spektrometrické schopnosti mu umožňují detailně zkoumat atmosféry exoplanet a poskytují vodítka k jejich původu a osudům.

„Naše výsledky poskytují okno do konečného osudu obřích planet obíhajících kolem hvězd s hmotnostmi podobnými našemu Slunci,“ píší autoři. „Jak ukazuje WD 1856 b, spektroskopie planet obíhajících kolem bílých trpaslíků nabízí novou příležitost k určení osudu planetárních systémů po smrti jejich hvězdy,“ uzavírají astronomové.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/this-giant-planet-survived-the-death-of-its-star

autor: František Martinek