Obíhají kolem superchladné hvězdy sestry Země?

- Vesmír autor: Julie Nováková

Velikostí jsou srovnatelné se Zemí, ale o podmínkách panujících na jejich povrchu zatím víme velmi málo a obíhají kolem hvězdy dramaticky odlišné od našeho Slunce – to jsou tři planety, jejichž objev vzbudil velkou pozornost vědecké obce i široké veřejnosti. Jak je budeme moci zkoumat a zjistit, nakolik jsou Zemi skutečně (ne)podobné?

Představa pohledu na chladného trpaslíka TRAPPIST-1 z povrchu jedné z jeho planet

Představa pohledu na chladného trpaslíka TRAPPIST-1 z povrchu jedné z jeho planet,zdroj: ESO/M. Kornmesser

TRAPPIST-1, původním katalogovým názvem 2MASS J23062928-0502285, je drobounká hvězda nacházející se ve vzdálenosti 40 světelných let od naší sluneční soustavy. Oproti Slunci jde o skutečného trpaslíka: má velikost jen drobně převyšující planetu Jupiter, hmotnost osmi setin Slunce a zářivost pouhé dvoutisíciny naší mateřské hvězdy.

I mezi červenými trpaslíky jde doslova o skrčka. Nachází se na samotné spodní hranici hmotnosti hvězdy. Kdyby při svém zrodu nabral o něco méně hmoty, nebude mít v nitru dostatečný tlak na zažehnutí termonukleární fúze a zůstane hnědým trpaslíkem, objektem na hranici hvězd a planet.

Malá hmotnost však nebránila zformování planet okolo hvězdy. S pomocí belgického dalekohledu TRAPPIST u ní byly (díky pozorování poklesů jasnosti při přechodu planet před kotoučkem hvězdy, tzv. tranzitů) objeveny tři planety s průměrem jen o málo větším než Země.

Obíhají velice blízko své hvězdě a jejich oběžné doby jsou 1,5 pozemského dne pro TRAPPIST-1b, pak 2,4 dne pro c a 4,5 – 72,8 dne pro třetí planetu d, jejíž orbitální vlastnosti zatím nejsou tak dobře známy a je i možné, že jde o signál dvou odlišných planet.

Kompaktní planetární systém

V naší soustavě nejblíže Slunci obíhá planeta Merkur. Oběh mu trvá 88 našich dní a leží ve vzdálenosti čtyř desetin astronomické jednotky (vzdálenosti Slunce-Země) od naší hvězdy. Už to ilustruje, nakolik odlišný je systém TRAPPIST-1 od našeho. Se svými oběžnými dobami v řádu dní tamní planety spíše připomínají systém měsíců některého z plynných obrů, s nimiž se hvězda svou velikostí (ale ne hmotností, která je větší) ostatně dá srovnat.

Pro srovnání, Galileovy měsíce Jupiteru mají oběžné doby 1,8 dne (Io), 3,6 dne (Europa), 7,2 dne (Ganymed) a 16,7 dne (Callisto).

Představit si natolik kompaktní soustavu pro nás není jednoduché. Pouhým okem sotva rozeznáme nám nejbližší Venuši či Mars jako kotouček a nejenom zářivý bod. v soustavě TRAPPIST-1 byste však při pohledu z jedné planety neměli problém při vzájemném přiblížení vidět i výraznější detaily na povrchu dalších planet.

V takovéto soustavě mohou hrát výraznou roli i slapové jevy mezi jednotlivými planetami. U Galileových měsíců Io, Europy a Ganymedu existuje takzvaná Laplaceova rezonance, kdy jsou dráhy ve vzájemném celočíselném poměru a v určitých chvílích na sebe měsíce silně gravitačně působí. To vede mj. k silnému slapovému ohřevu vulkanicky nesmírně aktivního měsíce Io.

Šance na život?

Svou velikostí každá z trojice planet připomíná Zemi – mohli bychom ale i v pro nás tak exotické soustavě očekávat, že některá z nich bude hostit život?

Pro život, jak ho známe, je předpokladem přítomnost kapalné vody. Planety b a c dostávají od hvězdy několikanásobné množství záření oproti Zemi, tím pádem by na jejich povrchu měly panovat výrazně vyšší teploty.

U planet obíhajících tak blízko hvězdě je však téměř jisté, že se dostaly do stavu vázané rotace, kdy mají ke hvězdě neustále přivrácenou jednu polokouli, podobně jako Měsíc vůči Zemi. Mezi trvale denní a noční stranou by tak mohly panovat výrazné teplotní rozdíly, závislé na (ne)přítomnosti a vlastnostech atmosféry či vodních ploch.

Klimatické modely pro planety s vázanou rotací se však hodně různí a jsou závislé na mnoha faktorech; teoreticky je tedy možné, že na noční straně a možná i části denní by se mohly vyskytovat podmínky vhodné pro kapalnou vodu. Je ale také možné, že planety svými podmínkami připomínají spíše Merkur či Venuši.

Množství záření, které dopadá na třetí planetu, není zřejmé kvůli nejistotě ohledně její oběžné doby. I při delší oběžné periodě by však stále mohla být blízko vnějšího okraje obyvatelné zóny, kdy by si při dostatečném skleníkovém efektu atmosféry mohla udržet teploty připouštějící existenci kapalné vody.

Ani při nižších teplotách by prostředí vhodné pro život nebylo vyloučeno – mohlo by se jednat například o svět s kapalným oceánem pod ledovou kůrou, podobně jako například u měsíců Europa a Enceladus. U takového světa bychom však případný život neměli šanci na dálku zachytit.

Budoucí pátrání

V případě, že by některá z planet hostila život na povrchu, bychom v její atmosféře mohli zachytit biosignatury – plyny naznačující činnosti živých organismů. Většinu z navržených biosignatur by ale nebylo nijak jednoduché zachytit, především za nižších koncentrací, a ne vždy by se jednalo o průkaznou známku života.

Planety kolem chladných hvězd však pro takové pátrání představují snazší cíle než světy u jasnějších hvězd, a tak je možné, že chystaný teleskop Jamese Webba či jiný dalekohled se na atmosféry planet u TRAPPIST-1 podívá.

Mají ale nějaké atmosféry? Jde vůbec o planety podobné Zemi? Z poklesů jasnosti hvězdy můžeme odvodit jejich velikost, nikoli však hmotnost. Mohlo by se jednat o světy s velkým železným jádrem jako Merkur nebo planety s velkým podílem vody a ledu jako měsíce plynných obrů či trpasličí planety (ačkoli to není u 1b a 1c tak pravděpodobné kvůli jejich blízkosti vůči hvězdě).

Teprve budoucí pozorování například metodou radiálních rychlostí, která však u málo hmotných hvězd není jednoduchá, nám pomohou určit hmotnost a tím i přibližnou hustotu planet.

Přesto tu bude zůstávat mnoho neznámých. Debata o tom, zda by i chladní červení trpaslíci mohli mít planety hostící život, je dlouhotrvající a zatím máme příliš málo pozorovacích dat. Nevíme například, jak by vyšší aktivita těchto hvězd v jejich mládí ovlivnila atmosféry a další těkavé složky planet – nebyly by nakonec úplně vysušeny předtím, než by se nějaký život vůbec mohl rozvinout?

Mohly by i při vázané rotaci mít magnetické pole chránící je před slunečním větrem (nebo by slapové působení hvězdy naopak vzniku silného vnitřního magnetického pole pomáhalo, jak tvrdí některé práce)? O klimatu světů s vázanou rotací nemluvě…

Zatím víme velmi málo, ale právě objevy jako tento nám pomáhají se mílovými kroky posouvat dál. Projekt SPECULOOS (Search for Planets EClipsing ULtracOOl Stars), jehož součástí je i činnost teleskopu TRAPPIST, má ambiciózní cíl zmapovat planetární systémy mnoha blízkých chladných hvězd a hnědých trpaslíků.

Díky němu se tak dozvíme mnohem více o vývoji planetárních soustav u různých hvězd, četnosti různě velkých planet a potenciálně i takových, které by teoreticky mohly mít na povrchu podmínky vhodné pro život.

K TRAPPIST-1 se tak snad brzy připojí další podobné systémy. Pokud se ale budete chtít na hvězdu sami podívat a snít o tom, co tam nalezneme, budete muset zajít na observatoř. Pouhým okem ani amatérským dalekohledem slaboučkou hvězdu nespatříte.

Tagy: dobývání vesmíru věda a poznání

Zdroje: Vlastní