TLDR: Gigantické planety plné vody možná odhalili vědci v datech teleskopu Kepler. Ukazuje to jak na možnou existenci nových druhů planet, tak i zlepšující se metody jejich detekce. Studie tuna.

Horké Europy?

I když se k vzdáleným cizím světům jen tak nevydáme (mezihvězdné kolonizační aktivity nejsou něco, čím byste se při délce lidského života měli zatěžovat…), neznamená to, že tyto světy budou navždy doopravdy cizí. Možnosti astronomie se stále zdokonalují, nebude tak nutné čekat na sondy nebo kapitány Kirky, abychom mohli přinejmenším změřit vlastnosti řady exoplanet. Nejnověji to dokazuje i analýza dvou vzdálených světů, které jsou zřejmě majoritně vodní…

Tyto dvě exoplanety Kepler-138c a Kepler-138d původně objevil teleskop Kepler, přičemž byly tehdy vyhodnoceny jako pravděpodobné „superZemě“. Nová analýza ale naznačila, že jde spíše o „horké superEuropy“. Navazující pozorování totiž přineslo údaje naznačující, že tyto planety jsou mnohem méně husté, než jsme se původně domnívali.

Jediným věrohodným způsobem, jak dosáhnout detekovaných hustot, je voda nebo podobná tekutina zaujímající podstatnou část objemu vzdálených exoplanet. Ale jak že vědátoři vlastně mohou detekovat hustotu na vzdálenost 218 světelných let, která dělí Zemi od Kepler-138c/d?

Dnešní detekce exoplanet probíhá v zásadě způsobem, kdy se měří, kolik světla hvězdy zakryje průchod exoplanety přes hvězdný kotouč. Množství světla blokovaného planetou nám tak logicky může rovněž poskytnout odhad její velikosti – větší exoplanety mají tlustší sklo, menší exoplanety zase tenčí. Tím ale jen začínáme…

Jak to můžeme vědět?

Množství rudého a modrého posuvu světla hvězdy totiž také může naznačit hmotnost exoplanety! Jak? Metoda vychází z druhého způsobu detekce exoplanet, kdy se neměří hvězdné světlo snižované průchodem planety, ale variace rudého nebo modrého posuvu. Tady bude nutná odbočka, kterou astronomicky zdatnější mohou přeskočit.

Rudý posuv anebo modrý posuv označuje jev, kdy je vlnová délka vzdalujícího se zdroje světla (typicky hvězdy) posunutá prodloužena (z pohledu nás jako příjemce toho záření) směrem k červené barvě ve viditelném spektru. Pro modrý posuv platí totéž, ale opačně. To vás možná trochu zmátlo, takže jednodušeji: když vidíme nějakou hvězdičku jako trochu červenější, tak letí od nás, a když jako modřejší, tak letí k nám.

Z pohledu obyčejného čumila na hvězdy to je prakticky bezvýznamný jev, ale v astronomických datech díky tomu můžeme měřit nejenom směr letu hvězd, ale třeba i to, jak masivní exoplaneta drobně „cuká“ s těžištěm hvězdy, kterou obíhá. Hmotnost hvězdy lze docela solidně odtušit, přičemž hmotnější exoplanety se svými hvězdami cukají víc než ty méně hmotné. Aha! Konec odbočky…

A když se tak zkombinuje znalost velikosti exoplanety a její pravděpodobná hmotnost, logicky z toho pak může vyplynout i její pravděpodobná hustota!

Čtyři jsou víc než tři

A právě přesně tohle se vědátorům podařilo u systému Kepler-138. Data z obou těchto metod původně naznačila, že systém obsahuje tři planety. Kepler-138b je podle všeho malé skalnaté těleso o velikosti Marsu. Kepler-138c a Kepler-138d spadaly do kategorie super-Zemí: skalnaté planety o něco větší než Země a podstatně hmotnější. Všechny obíhaly poměrně blízko Kepler-138a, červeného trpaslíka…

To učinilo všechny tři světy i jako zajímavé pro měření jejich atmosféry. Když ale výzkumníci za tímto účelem získali měření Keplerů-138 c a d z Hubbleova a Spitzerova špiclovátka v rozpětí 7 let, přítomnost tří planet v systému kvůli drobným odchylkám jejich drah nedávala smysl – co však na data sedělo jako zadnice na hrnec, byla přítomnost čtyř planet! Ta čtvrtá (zatím hypotetická) by musela být asi poloviční vůči Zemi, přičemž se ji nevidíme jednoduše kvůli tomu, že neprochází přes hvězdný kotouč.

Pokud čtvrtý svět existuje (furt je hypotetický!), znamenalo by to ale i další dvě změny u Keplerů c a d. Pro funkční čtyřplanetární model totiž musely mít výrazně odlišnou hustotu. A ta odpovídá právě tomu, že c a d nejsou superZemě, ale spíše světy s velkým oceánem podobné měsícům Europa či Enceladus – avšak bez krusty povrchového ledu…

Nabízí se i alternativní možná vysvětlení, například atmosféra bohatá na vodík – jelikož ale oba světy obíhají poměrně blízké svému červenému trpaslíkovi, taková verze je velmi nepravděpodobná. Nicméně, zároveň platí, že existence vodních světů podobných Europě kolem hvězdy Kepler-138 by byla… trochu zvláštní!

Zatím hypotéza

V naší Sluneční soustavě podobné světy samože známe – ale vznikly tu mimo zónu života v místech, kde vodní masu dělí od povrchu velká slupka ledu. Kepler-138 c a d ale obíhají v místní zóně života, takže by voda na nich měla být tekutá a/nebo plynná i bez ledové slupky! Mělo by jít tedy doslova o vodní planety! Není ovšem jasné, jak by mohly takové světy vzniknout…

Vše je samozřejmě stále jen hypotéza, která spoléhá na existenci skryté čtvrté exoplanety. Její detekce či naopak dlouhodobá nedetekce (tedy vyloučení existence) by tak mohly v budoucnu napovědět víc o podmínkách v této soustavě.

Díky novým teleskopům i metodám měření obojí z toho nejspíše v horizontů jednotek let, maximálně jednotek dekád, velmi pravděpodobně dorazí. A to nikoliv jenom pro tento, nýbrž plejády dalších soustav! I z pohodlí pozemského habitatu si tak můžeme připadat tak trochu jako kapitáni Kirkové…

A zároveň se s tím pojí šance, že až se naši potomci jednou rozhodnou ke vzdáleným světům vydat, poletí už vcelku na jistotu, nikoliv vstříc neznámu!

[Ladislav Loukota, Jan Tomaštík]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]