Nedávno jsme komentovali objev planety Proxima b, která se stala třešničkou na dortu exoplanetárního typu. A 22. února 2017, s fanfárami, bylo oznámeno objevení tří planet najednou v obyvatelné zóně dalšího červeného trpaslíka - TRAPPIST-1. Tento systém je téměř desetkrát dál než Proxima Centauri, ale existují nejméně dvě okolnosti, díky nimž je v posledních několika měsících hledání druhé třešně na dortu. To:
- v obyvatelné zóně jsou tři planety najednou, což zvyšuje pravděpodobnost, že alespoň jedna z nich je vhodná pro život;
- tyto planety, na rozdíl od Proxima b, jsou přechodné, to znamená, že procházejí kolem disku hvězdy pro pozemského pozorovatele, což značně usnadňuje pozorování jejich atmosféry.
Několik slov o historii senzace. Systém objevil v roce 2015 malý belgický dalekohled TRAPPIST. Název - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - je šitý na míru belgické značce piva. Dalekohled je umístěn v Chile na observatoři La Silla Evropské jižní observatoře.
S jeho pomocí byly objeveny tři tranzitní planety poblíž studeného červeného trpaslíka 2MASS J23062928-0502285 [1], který dostal druhé, lidštější jméno TRAPPIST-1 - to byl první planetární systém objevený tímto dalekohledem. Poté byl systém pozorován evropským dalekohledem VLT (Very Large Telescope) a nakonec byl díky údajům infračerveného vesmírného dalekohledu NASA Spitzer systém „rozmotán“a bylo zjištěno, že existuje sedm planet. Ve skutečnosti posledním krokem byla tisková konference NASA 22. února.
Postava: 1. Světelná křivka hvězdy TRAPPIST-1 během 20denního sezení vesmírného dalekohledu Spitzer. Zelené tečky - pozorování pozemními dalekohledy. Vertikální - svítivost hvězdy v daném okamžiku ve vztahu k průměrné svítivosti. Diamanty označují přechody konkrétních planet. Vyhození bodů nahoru jsou s největší pravděpodobností hvězdné světlice. Existuje pouze jeden tranzit planety h. Jeho perioda a poloměr na oběžné dráze se odhadují z doby trvání jednoho tranzitu (viz obr. 2)
Postava: 2. Světelné křivky hvězdy během přechodů každou ze sedmi planet
Propagační video:
Obytná zóna zahrnuje planety e, f, g, i když na první pohled je planeta d vhodnější pro intenzitu ohřevu než g. To vyžaduje poměrně složitou diskusi s odhady možného skleníkového efektu, včetně mnoha nejistot. Koncept obytné zóny je samozřejmě velmi libovolný.
Bez ohledu na to, jak definujeme obytnou zónu, existují závažné problémy se skutečnou životností každé z těchto planet. Stejné problémy jako Proxima b. Jsou spojeny s povahou červených trpaslíků.
1. Jedná se o hvězdy s velmi prudkou magnetickou aktivitou. Mají silnou konvektivní vrstvu. Na rozdíl od Slunce, kde se teplo přenáší ven hlavně difúzí fotonů, převládá tam konvekce. Slunce také proudí, a proto se objevují skvrny, světlice, výteky a na Zemi magnetické bouře a polární záře. Tam jsou všechny tyto jevy mnohem intenzivnější.
2. Svítivost těchto hvězd na začátku jejich biografie se velmi mění. První miliony let září desítkami nebo dokonce stokrát jasněji než v ustáleném stavu.
3. Obytná zóna červených trpaslíků je tak blízko hvězdy, že planety spadají do slapového uzávěru: buď jsou vždy obráceny k hvězdě jednou stranou, nebo jejich den je delší než jejich rok (u systému TRAPPIST-1 je pravděpodobnější první možnost).
Co dělat, příroda nám podruhé za necelý rok sklouzla právě z tak nepříliš povzbudivých planetárních systémů. To není překvapující - je mnohem snazší je najít pomocí spektrometrické metody (je nemožné tímto způsobem detekovat Zemi poblíž Slunce), je větší pravděpodobnost, že se ukáží jako přechodné, a tranzity jsou kontrastnější, konečně je jich více červených než žlutých a oranžových.
Postava: 3. Současný tranzit tří planet. Světelná křivka pořízená 11. prosince 2015 evropským dalekohledem VLT
Takže byla nalezena data v systému TRAPPIST-1 (nepředstavujeme chyby).
| Planeta | Poloměr oběžné dráhy | Doba | Poloměr planety | Intenzita vytápění (v pozemských jednotkách) |
| b | 0,011 AU | 1,51 dne | 1,09 Re | 4.25 |
| C | 0,015 | 2.42 | 1,06 | 2.27 |
| d | 0,021 | 4.05 | 0,77 | 1.14 |
| E | 0,028 | 6.10 | 0,92 | 0,66 |
| F | 0,037 | 9.21 | 1,04 | 0,38 |
| G | 0,045 | 12,35 | 1.13 | 0,26 |
| h | 0,063 | ~ 20 | 0,75 | 0,13 |
Hvězda. Hmotnost - 0,08 solární, poloměr -0,117 solární, svítivost - 0,5103 solární, teplota 2550 K.
Bylo možné zhruba odhadnout hmotnosti planet - kvůli jejich interakci jsou tranzity v čase mírně posunuty. Chyby při určování hmotnosti jsou velké, ale už nyní můžeme usoudit, že hustota planet odpovídá horninové výplni.
Samozřejmě, planety podobné Zemi poblíž hvězd podobných slunci budou v dohledné budoucnosti nalezeny. Ve skutečnosti bylo několik takových planet již nalezeno v datech Keplera, jen jsou velmi daleko. Stačí pozorovat několik stovek jasných hvězd po celé obloze (což se plánuje v příštích letech) a takové planety budou objeveny během sto světelných let (a se štěstím ještě blíže).
Ve skutečnosti jsou pohodlné planety poblíž pohodlných hvězd v rozmezí 15–20 světelných let (vyplývá to ze statistik získaných Keplerem), ale k jejich objevení jsou zapotřebí vesmírné interferometry, které se brzy neobjeví (viz [2]).
Naděje, že alespoň jedna z planet je vhodná pro život, zůstává. Zpočátku mohli mít hodně vody - nemohli se formovat tam, kde jsou nyní, a museli migrovat ke hvězdě z periferií protoplanetárního disku - kvůli sněhové hranici, kde je mnoho ledových těles. Je pravda, že migrovali zpět v době, kdy byla hvězda mnohem jasnější. Odhady provedené pro Proximu b však ukazují, že hydrosféry planet by mohly přežít spalující žár desítek milionů let.
Přílivový uzávěr není fatální, pokud má planeta hustou atmosféru a globální oceán - pak je přenos tepla schopen vyhladit teplotní rozdíl mezi denní a noční hemisférou.
Vážnějším problémem je odfoukávání atmosféry hvězdným větrem a tvrdým zářením. Na tiskové konferenci bylo řečeno, že hvězda je nyní klidná. To je pravda, pokud máme na mysli tepelné záření, ale ne rentgenové záření: TRAPPIST-1 - měřeno přímo vesmírnou observatoří XMM - vyzařuje přibližně stejné množství rentgenových paprsků jako Slunce. Vzhledem k tomu, že planety jsou desetkrát blíže ke hvězdě než Země ke Slunci, je jejich rentgenové záření o tři řády vyšší než záření Země.
Rentgen nepředstavuje přímé ohrožení života - je pohlcován atmosférou. Problém je v dehydrataci planety: rentgenové záření a tvrdé ultrafialové světlo rozbíjejí molekuly vody - vodík se snadno odpařuje, kyslík se váže. A co je ještě horší, protože existuje intenzivní rentgen, musí existovat intenzivní hvězdný vítr - oddělí vnější vrstvy atmosféry. Jedinou záchranou je v tomto případě magnetické pole planety. Otázka, zda mají tyto planety dostatečně silné pole, je otázkou. Možná ano.
Nadějí tedy zůstává, že některé planety systému TRAPPIST-1 jsou vhodné pro život. Lze tuto naději potvrdit nebo vyvrátit? Je to možné a mnohem jednodušší než v případě Proxima b, ve kterém je nutné pozorovat buď odražené, nebo vlastní tepelné záření planety.
Je velmi obtížné jej oddělit od záření hvězdy. Zde je možné pozorovat atmosféru planet ve světle, což je nesrovnatelně snazší.
V případě Proxima b bude nový vesmírný dalekohled Jamese Webba schopen něco ukázat pouze v extrémním případě: jedna polokoule je horká, druhá zamrzlá. V případě TRAPPIST-1 je realistické vidět absorpční linie v atmosférách planet. Nebo nahoře zavést nějaká omezení. Jedno takové omezení již bylo stanoveno: vnitřní planety nemají hustou vodíkovou atmosféru.
Postava: 4. Schéma oběžných drah systému TRAPPIST-1. Obytná zóna je označena šedě. Tečkované kruhy - je v trochu jiné interpretaci
Existuje teoretická možnost, že James Webb objeví život na jedné z těchto planet? Nejvýřečnějším ukazatelem života je kyslík. Je plně detekovatelný jak jako ozon, tak jako O2. Další věc je, že určité množství kyslíku může vznikat například v důsledku disociace molekul vody tvrdým zářením hvězdy. Odhadnout, kolik kyslíku je spolehlivý ukazatel, není snadné. Je nutné znát rychlost disociace a rychlost vazby kyslíku - existuje mnoho nejistot. Ale pokud je kyslíku tolik jako na Zemi, není kam jít: toto může dát jen život. Pokud je kyslíku málo, neznamená to, že není života: prvních pár miliard let života bylo na Zemi málo kyslíku.
Na závěr bych chtěl vyjádřit politování nad tím, že Rusko obcházelo studium exoplanet. Existují jednotlivci a jednotlivé práce, ale nic víc. Ale tato oblast nevyžaduje gigantické instalace - spíše se šedá hmota a vytrvalost, než se naše věda vždy mohla chlubit. Nějakou naději dává ruský projekt Millimetron - kryogenní vesmírný dalekohled s 10metrovým zrcadlem: v projektu je jedním z prvních bodů studium exoplanet. Toto je však téma pro samostatnou publikaci.
Boris Stern, astrofyzik, Ph. D. fyzický -rohož. vědy, vedl. vědecký. sotr. Institute for Nuclear Research RAS (Troitsk)