Záhadná rodící se planetární soustava

Vznik exoplanety v přímém přenosu.

Doposud bylo objeveno téměř 900 planet mimo Sluneční soustavu (tzv. exoplanet). Nyní se však astronomové domnívají, že se jim poprvé podařilo získat přesvědčivý důkaz vznikající planety na nepředpokládaném místě – ve velké vzdálenosti od velmi malé hvězdy typu červeného trpaslíka.

Detailní pohled Hubblova kosmického dalekohledu HST vedl k objevu záhadné mezery v obrovském protoplanetárním disku z prachu a plynu, který obklopuje blízkou hvězdu TW Hydrae. Ta je od Země vzdálena 176 světelných roků a nachází se v souhvězdí Vodního hada (Hydra). Přítomnost pozorované mezery lze nejlépe vysvětlit jako důsledek vlivu rostoucí doposud neviditelné planety, která gravitačně vysává okolní materiál a vytváří prázdný koridor uvnitř disku.

Tým astronomů, jehož vedoucím je John Debes (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland), zjistil, že se mezera nachází ve vzdálenosti 12 miliard kilometrů od trpasličí hvězdy TW Hydrae. Pokud by předpokládaná planeta obíhala kolem Slunce, nacházela by se přibližně 2krát dále než trpasličí planeta Pluto.

Tak vzdálená oběžná dráha předpokládané planety znamená, že se kolem mateřské hvězdy pohybuje velmi pomalu. Objev planety v této vzdálenosti je problémem pro současné teorie vzniku planet. Tradiční teorie předpokládají, že jejich tvorba probíhá desítky miliónů roků, kdy trvale funguje proces akumulace drobných úlomků, prachu a plynů za vzniku planety, která na sebe přitahuje materiál z okolního prostředí disku. Avšak hvězda TW Hydrae je stará pouze 8 miliónů roků! Nebyl zde tedy dostatek času pro zformování planety pomalou akrecí menších objektů. Ve skutečnosti planeta vzdálená 12 miliard kilometrů od mateřské hvězdy bude potřebovat ke svému vzniku 200krát delší čas než planeta Jupiter. V tak velké vzdálenosti planeta nejen že obíhá mnohem pomaleji, ale v tak vzdálené části protoplanetárního disku je i nedostatek stavebního materiálu.

Alternativní teorie vzniku planet naznačují, že struktura disku se stává gravitačně nestabilní a dochází zde k lokálnímu smrštění. Podle tohoto scénáře se mohou planety zformovat mnohem rychleji, možná jen za pouhých několik tisíc roků.

„Jestliže můžeme skutečně potvrdit, že v této části disku existuje planeta, můžeme spojit její charakteristiky s měřením vlastností mezery v disku,“ říká John Debes. „To může doplnit teorie formování planet s předpokladem, jak mohou planety vznikat ve velkých vzdálenostech od mateřské hvězdy. V existujícím disku se rozhodně nachází mezera. Myslíme si, že je pravděpodobně vytvořena existující planetou, protože je kruhová a ostře ohraničená.“

Co komplikuje tento případ, je fakt, že červený trpaslík má hmotnost pouhých 55 % hmotnosti Slunce. „Je úchvatné pozorovat systém, jako je tento,“ říká John Debes. „Jedná se o nejméně hmotnou hvězdu, u které jsme pozorovali mezeru v disku v tak velké vzdálenosti od ní.“

Disk také postrádá ve vnějších oblastech velká prachová zrnka. Pozorování pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter Array) ukazují, že přítomnost prachových zrníček milimetrových rozměrů, tj. přibližně velikosti zrnek písku, je ostře ohraničena ve vzdálenosti 9 miliard kilometrů od hvězdy. Průměr disku je 66 miliard kilometrů.

„Typicky potřebujete mít k dispozici drobné kamínky předtím, než dojde k vytvoření planety. Jestliže zde existuje planeta a není zde prach větší než zrnko písku, je to obrovský problém pro tradiční modely vzniku planetárních soustav,“ dodává John Debes.

Pozorování pomocí Hubblova kosmického dalekohledu odhalila, že mezera, která je široká 3 miliardy kilometrů, není zcela vyčištěná. Astronomové předpokládají, že pokud zde planeta existuje, je stále ještě v procesu formování a není příliš hmotná. Na základě důkazů odhaduje Hannah Jang-Condell (University of Wyoming, Laramie), že předpokládaná planeta je 6krát až 28krát hmotnější než Země. V tomto rozmezí leží hmotnosti exoplanet, pro které občas astronomové používají termíny super-Země a ledoví obři. Planeta s tak malou hmotností rovněž vylučuje teorii vzniku planet přímým smrštěním části disku, která předpokládá, že shluky materiálu až dvakrát hmotnější než Jupiter se mohou smrštit a vytvořit tak planetu.

Hvězda TW Hydrae je oblíbeným cílem pro astronomy. Systém je jeden z nejbližších případů, kdy se na disk díváme „shora“ (nikoliv v rovině disku), což astronomům umožňuje celkový pohled na okolí hvězdy. Astronomové použili kameru NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) na palubě HST k pozorování hvězdy v oboru blízkého infračerveného záření. Následně byla provedena analýza archivních dat pořízených kamerou NICMOS, stejně tak i optických a spektroskopických pozorování uskutečněných kamerou STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph).

Již dřívější pozorování pomocí HST byla „podezřelá“, avšak nebyla definitivně potvrzena. Při těchto předcházejících pozorováních byla zaznamenána nerovnoměrná jasnost disku, což však nebylo identifikováno jako mezera.

Astronomové plánují další pozorování soustavy TW Hydrae pomocí radioteleskopu ALMA a pomocí nové kosmické observatoře JWST (James Webb Space Telescope), jejíž start je naplánován na rok 2018.

Zdroj: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2013/20/

autor: František Martinek