Planetární soustava v souhvězdí Andromedy

Astronomové informovali o objevu planetární soustavy, v níž roviny oběžných drah dvou exoplanet jsou navzájem skloněny vůči sobě v ostrém úhlu. „Toto zjištění znamená, že studium exoplanetárních soustav bude mnohem složitější. Astronomové nemohou dále předpokládat, že všechny planety obíhají kolem svých mateřských hvězd v jedné rovině, jak to známe z naší Sluneční soustavy,“ říká Barbara McArthur[ová] (University of Texas, Austin's McDonald Observatory).

Barbara McArthur[ová] využila data pořízená pomocí Hubblova kosmického dalekohledu HST, velkého pozemního dalekohledu Hobby-Eberly Telescope a dalších pozemních dalekohledů v kombinaci s rozsáhlým počítačovým modelováním obrovského množství informací o planetární soustavě kolem hvězdy ypsilon Andromedae v souhvězdí Andromedy.

O novém objevu informovala Barbara McArthur[ová] na tiskové konferenci 24. 5. 2010 při příležitosti konání 216. konference Americké astronomické společnosti, která se uskutečnila v Miami. Spoluautory objevu jsou Fritz Benedict (McDonald Observatory) a Rory Barnes (University of Washington). Práce bude publikována v časopise Astrophysical Journal.

Astronomové vědí, že kolem žlutobílé hvězdy ypsilon Andromedae obíhají tři exoplanety typu Jupitera. Hvězda podobající se našemu Slunci se nachází ve vzdálenosti 44 světelných let od Země. Je poněkud mladší, hmotnější a jasnější než Slunce.

Kombinací v podstatě odlišných, přesto se doplňujících dat z HST a pozemních dalekohledů Barbara McArthur[ová] se svým týmem určila přesné hmotnosti dvou ze tří známých planet ypsilon Andromedae c a d. Nejvíce zarážející je zjištění, že planety neobíhají kolem mateřské hvězdy ve stejné rovině. Oběžné dráhy exoplanet c a d jsou vůči sobě skloněny o 30°. To znamená, že vůbec poprvé byl změřen vzájemný sklon drah dvou planet obíhajících kolem vzdálené hvězdy. Tým astronomů však neodhalil vliv případné čtvrté exoplanety e, která by mohla kroužit v mnohem větší vzdálenosti.

„S největší pravděpodobností hvězda ypsilon Andromedae prošla stejným procesem vzniku jako naše Sluneční soustava, ačkoliv zde mohly nastat určité rozdíly na konci procesu formování, které způsobily tento odlišný vývoj,“ říká Barbara McArthur[ová]. „Podle současných představ probíhá planetární vývoj tak, že se planetární soustava vytváří z plochého disku a setrvává relativně koplanární (v jedné rovině), podobně jako naše Sluneční soustava. V tomto případě však musíme počítat se značnými úhly mezi drahami planet, což naznačuje, že vývoj není pokaždé stejný.“

Doposud převládala tradiční představa, že se velký oblak plynů smršťuje, vzniká hvězda a planety jsou přirozeným produktem vytvořeným ze zbývajícího materiálu v okolním disku. V naší Sluneční soustavě existoval veškerý stavební materiál právě v tomto disku, proto všechny známé planety krouží kolem Slunce v těsné blízkosti jedné roviny. Vnější trpasličí planety včetně Pluta mají skloněné dráhy, avšak ty mohly být ovlivněny gravitací planety Neptun a nacházejí se daleko od Slunce, kde jeho gravitační vliv slábne.

Za překvapivé sklony oběžných drah v soustavě ypsilon Andromedae se mohlo zasloužit několik různých gravitačních scénářů. „Možnosti zahrnují interakce na základě migrace planet do vnitřních oblastí soustavy, vyvržení některých planet z planetární soustavy v důsledku vzájemného ovlivňování planet nebo rozpad binárního systému – tj. únik druhé složky dvojhvězdy ypsilon Andromedae B,“ říká McArthur[ová].

Rory Barnes, odborník na dynamiku planetárních soustav, dodává: „Naše analýzy dynamiky systému ukazují, že skloněné oběžné dráhy jsou pravděpodobně důsledkem vyhození původních těles planetární soustavy. Bohužel nevíme, zda toto vyvržení těles má na svědomí vzdálený hvězdný průvodce nebo zda se planetární soustava zformovala takovým způsobem, že některé planety byly následně katapultovány ven ze soustavy. Kromě toho jsme zjistili, že i toto uspořádání se stále nachází na okraji nestability: planety působí jedna na druhou tak silně, že jsou téměř schopny vypudit jedna druhou ven z planetárního systému.“

Dvěma rozdílnými druhy dat, zkombinovanými při tomto výzkumu, byla astrometrická data z Hubblova kosmického dalekohledu a radiální rychlosti získané z měření pozemními dalekohledy. Astrometrie je v podstatě měření poloh a pohybů nebeských těles. Skupina McArthur[ové] použila k tomuto úkolu přístroje FGS (Fine Guidance Sensor) na palubě HST. Tyto senzory jsou mimořádně přesné, a proto byly použity pro sledování pohybu hvězdy po obloze, který je způsoben obíhajícími (avšak ze Země nepozorovatelnými) planetami.

Radiální rychlost je určena měřením pohybu hvězdy ve směru k Zemi nebo od Země. Tato měření byla prováděna v období 14 let na velkých pozemních dalekohledech, jako jsou například dalekohledy na McDonald Observatory, další dalekohledy na Lick Observatory, Haute-Provence či Whipple Observatory. Radiální rychlosti poskytují dlouhou pozorovací řadu, která byla upřesněna pozorováním z HST, čímž bylo možné lépe definovat oběžný pohyb planet.

Skutečnost, že astronomové určili sklon oběžných drah planet c a d, jim dovolila vypočítat přesné hmotnosti obou exoplanet. Nové informace nám prozradily, že náš pohled na to, která planeta je těžší, se výrazně změnil. Původně byla minimální hmotnost planet určena z měření radiálních rychlostí. Z nich vyplynula minimální hmotnost pro planetu c okolo 2 hmotností Jupiteru a pro planetu d pak 4 hmotnosti Jupiteru. Nová přesná měření za využití astrometrie udávají pro planetu c 14 hmotností planety Jupiter a pro planetu d 10krát vyšší, než je hmotnost planety Jupiter (což je podstatný rozdíl).

Čtrnáctiletá řada měření radiálních rychlostí shromážděná astronomy však neodhalila stopy přítomnosti čtvrté dlouhoperiodická planety, která by mohla obíhat daleko za třemi známými planetami. Dalším chybějícím kouskem do mozaiky je neznámý sklon oběžné dráhy nejvnitřnější planety b, což by vyžadovalo astrometrická měření 1000krát přesnější, než umožňuje HST.

Data z Hubblova kosmického dalekohledu rovněž potvrdila, že hvězda ypsilon Andromedae je složkou dvojhvězdy. Jejím průvodcem je červený trpaslík s hmotností mnohem menší než Slunce, a také podstatně méně svítivý.

„Nemáme žádnou představu, jaká je dráha druhé složky dvojhvězdy ypsilon Andromedae,“ říká Fritz Benedict. „Může být velmi excentrická. Možná prolétává v těsné blízkosti hlavní složky jednou za velice dlouhou dobu. Může to být jednou za 10 000 roků.“ Takovéto těsné přiblížení druhé složky dvojhvězdy může gravitačně narušit dráhy přítomných planet.

Zdroj: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2010/17/full/

autor: František Martinek