Exoplanety typu 'horký Neptun' mohou velmi rychle ztrácet svoji atmosféru

- Vesmír autor: Pavel Vachtl

Dnes víme o zhruba čtyřech tisících exoplanetách. Existuje mezi nimi i jeden speciální typ, který neznáme z naší Sluneční soustavy a který se nazývá "horký Neptun". Jde o plynné obry, které jsou zároveň znatelně menší než Jupiter - velikostí a hmotností jsou podobné planetě Neptun či Uran. Obíhají ovšem většinou v těsné blízkosti své mateřské hvězdy, což vede k tomu, že se silně zahřívají a jejich plynný obal je velmi horký. Odtud plyne i jejich název "horké Neptuny". Toto silné zahřívání a vystavení intenzivnímu záření mateřské hvězdy zblízka má ovšem své následky.

Ilustrace horkého Neptunu s názvem HAT-P-26b

Ilustrace horkého Neptunu s názvem HAT-P-26b,zdroj: NASA

Pokud jde o strukturu, "horké Neptuny" obsahují malé a kompaktní kamenné jádro, hustě obalené směsí různých, většinou lehčích materiálů a plynů. Pokud planeta vznikl v blízkosti mateřské hvězdy, najdeme v jejím nitru velké procento ohnivzdorných minerálů a materiálů. Některé "horké Neptuny" mohly ale vzniknout naopak daleko od svého slunce a do vnitřní části planetární soustavy postupně "přicestovat" vlivem gravitačních sil ostatních planet. V takovém případě může jejich vnitřek obsahovat i velký podíl zmrzlých těkavých látek, jako je například čpavek, nebo nekrystalického (amorfního) vodního ledu.

V obou případech ale velký podíl hmotnosti "horkého Neptunu" tvoří i lehké prvky vodík a hélium, ať už v plynné nebo jiné formě. Vodík a hélium se nacházejí hlavně ve vnější obálce planety. Tuto vnější obálku pak můžeme nazvat jakousi atmosférou...

Prvním objeveným "horkým Neptunem" se v roce 2007 stala exoplaneta vedená pod katalogovým číslem GJ 436b čili Gliese 436b, která od nás leží ve vzdálenosti 33 světelných let a obíhá ve vzdálenosti asi čtyři miliony kilometrů kolem mateřské hvězdy typu červený trpaslík. Její povrchová teplota činí asi 440 stupňů Celsia, průměr má o pět tisíc kilometrů větší než Neptun a svoji mateřskou hvězdu oběhne za necelé tři dny.

Zároveň ale její silná gravitace způsobuje, že i při této teplotě se voda uvnitř planety nachází v pevném stavu, díky obrovským tlakům v nitru. Planeta je tak z velké části tvořena něčím, co bychom mohli nazvat "žhavým ledem". Asi deset procent její hmotnosti tvoří vnější obálka tvořená vodíkem a héliem. Zajímavá je i zvláštní dráha exoplanety. Je totiž skoro kolmá na rovinu rotace jejího slunce, což svědčí o tom, že původně vznikla mnohem dále od mateřské hvězdy a na současnou blízkou oběžnou dráhu byla postupně "dostrkána" gravitačními silami minimálně jedné další planety.

Když hvězda "krade" blízké planetě atmosféru

V červnu 2015 navíc vědci díky pozorováním zjistili, že se tato vnější obálka, čili atmosféra planety GJ 436b vlivem záření a hvězdného větru (proudu nabitých částic) blízké mateřské hvězdy velmi rychle odpařuje. Na tomto základě se pak vytváří velký plynný oblak kolem planety a za planetou na její oběžné dráze se tvoří až 14 milionů kilometrů dlouhý plynný "ohon".

Nicméně opravdu v tomto směru extrémního zástupce rodiny "horkých Neptunů" objevili vědci zcela nedávno, s pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu. Jde o exoplanetu s katalogovým označením Gliese/GJ 3470b, vzdálenou od nás asi 97 světelných let, s hmotností asi 14 Zemí. Obíhá totiž zhruba ve stejné vzdálenosti kolem mnohem svítivější a aktivnější mateřské hvězdy, také typu červený trpaslík. Její hustota je navíc citelně menší a může se proto vypařování své atmosféry "bránit" mnohem méně.

Jejím objevitelem byl David Sing z americké Univerzity Johnse Hopkinse se svým týmem. Plynný obal této druhé exoplanety mizí tak rychle (asi 100x rychleji než u předchozí planety GJ 436b, podle sledování unikajícího vodíku), že od doby svého vzniku (před dvěma miliardami let) už GJ 3470b ztratila možná až 35 procent své původní hmotnosti.

Z plynného obalu planety navíc asi unikají nejen vodík a hélium, ale možná i uhlík, který se nachází ve větších hloubkách. Podle výpočtů tedy za několik miliard let z tohoto "horkého Neptuna" zbude jakýsi "očesaný miniNeptun" nebo dokonce, jako "konečné stadium vývoje", jen malé kamenné jádro o něco větší než Země.

Význam tohoto objevu tkví v možném objasnění záhady, proč je mezi horkými planetami, obíhajícími blízko své mateřské hvězdy, opravdu velmi málo "horkých Neptunů". Většinou zde totiž převažují "horké Jupitery" a "horké super-Země". "Horkých Neptunů" známe zatím jen asi dvacet.

Atmosféry "horkých Neptunů" se zkrátka poměrně rychle vypaří a na jejich místě nakonec zbudou buď "horké miniNeptuny", nebo ještě menší kamenné planety - bývalá kamenná jádra kdysi velkých plynných obrů. "Horké Jupitery" jakožto o dost hmotnější planety podobného typu mají totiž mnohem silnější gravitaci, a o svůj plynný obal proto příliš snadno
rychle nepřijdou.

Tagy: Vesmír exoplanety věda a poznání