Záhady velkých exoplanetárních rebelantů  
O fyzikálně-matematickém modelu, který nabízí možné vysvětlení, proč se horké Jupitery pohybují v těsné blízkosti svých hvězd a v mnoha případech i opačným směrem.

 

Zvětšit obrázek
V nenápadném severním souhvězdí Lištičky, okolo jedné z běžných hvězd spektrální třídy G5, jednou za 2,12 pozemského dne oběhne plynný obr – exoplaneta HD198733. (Ilustrace)

Všechny planety i většina meziplanetárního smetí v Sluneční soustavě se po své oběžné dráze pohybuje stejným směrem, který je shodný s rotací centrální hvězdy – Slunce. Jestli je naše představa o vzniku planetárních soustav z primární protoplanetární mlhoviny správná, pak na tom není vůbec nic zvláštního, právě naopak. Je to hezký příklad zachování momentu hybnosti soustavy. To že například Venuše trucuje a rotuje okolo své osy opačným směrem, než by se podle fyzikálních zákonů slušelo, tedy retrográdně, je trochu jiný příběh, v němž hlavní roli hrají gravitační poruchy planet a důsledky slapových jevů působících po miliardy let.

 

Od objevení první planety mimo naší Sluneční soustavu uběhlo 16 let. Zpočátku každé pozorování takového exosvěta vyvolávalo velké vzrušení. Jenže zdokonalovala se technika i vyhledávací postupy, přibývaly zkušenosti a s nimi prudce narůstal i počet známých exoplanet. Včera (11. 5. 2011) jich bylo 548. Nevíme o nich mnohé podrobnosti, protože je nevidíme v dalekohledech, jen je odhalujeme nepřímo, pomocí gravitačních účinků a poklesů pozorované zářivosti mateřských hvězd, když vzhledem k pozemskému pozorovateli procházejí přes jejich zářivé kotouče. Touto transitní metodou se samozřejmě dají odhalit jenom ty planety, kterých oběžné dráhy protínají spojnici Zem – hvězda. Mezi informacemi, které o vzdálené exoplanetě dokážeme celkem spolehlivě určit, patří i směr jejího pohybu po oběžné dráze vzhledem k rotaci mateřské hvězdy. Podle očekávání by oba směry měly být stejné. Jenže pozorování ukázala, že ne vždy tomu tak je a některé takzvané „horké Jupitery“ vzdorují dobrým fyzikálním mravům, když se pohybují po své orbitě opačně, než se otáčí jejich hvězda.

Zvětšit obrázek
Jeden z horkých Jupiterů – exoplaneta TrES-3b má těměř dvojnásobnou hmotnost jako Jupiter, ale ke své mateřské hvězdě v souhvězdí Herkula je mnohem blíž, než Merkur k Slunci. Její oběžná doba je 31 hodin. Ilustrace: Leiden Observatory

 

Vůbec jde o „exo-planety“ nejen ve smyslu extrasolárním, tedy „mimosluneční“, ale doslova exotické. Podle systematiky, kterou jsme v rychle se rozrůstající rodině tajemných a velmi rozmanitých cizích světů zavedli, jde o planety s hmotností Jupiteru a větší, což by nebylo ničím neobvyklým, kdyby tak obrovská tělesa neobíhala své mateřské hvězdy neuvěřitelně blízko – ve vzdálenosti od 2,2 milionu do asi 80 milionů km. Představte si obrovský Jupiter na místě žárem rozpáleného Merkuru a máte nejméně extrémní příklad horkého Jupiteru. Přívlastek „horký“ pramálo vystihuje to žhavé peklo na takové planetě, vlastně ve většině případů jen na jedné, k hvězdě stále přivrácené straně, protože jejich rotace je gravitačně vázaná. Podobně jako je to u našeho Měsíce.

 

Proč ale asi čtvrtina těchto horkých Jupiterů obíhá retrográdně, tedy v protisměru vzhledem k rotaci mateřské hvězdy? Tato záhada podkopala naši, jinak velmi konsistentní představu o vzniku planetárních soustav. Nejnovější číslo odborného časopisu Nature nabízí jedno z možných vysvětlení v podání pětice astrofyziků z Northwestern University v americkém státě Illinois. Vědci pomocí počítačových modelů a simulací řešili obě záhady současně, protože zjevně spolu souvisí – jak se tak velká planeta dostane na tak nízkou oběžnou dráhu, na které vzniknout nemohla a proč obíhá v protisměru, než se kdysi pohybovala hmota, z níž se zrodila.


Astronomové vycházeli z představy centrální, Slunci podobné hvězdy, okolo které obíhají dvě planety. Ta bližší, vnitřní, je plynný obr o velikosti našeho Jupiteru a na začátku se pohybuje „správným“ směrem po téměř kruhové dráze se sklonem 64,7° ve vzdálenosti, kde podmínky v okolí mladé protohvězdy vznik velké plynné planety umožňují (model počítal se vzdáleností 6 AU, tedy 6x vzdálenost Země - Slunce). Do mnohem větší vzdálenosti (61 AU) na eliptickou dráhu se sklonem 6,8° vědci umístili druhou, vnější planetu o hmotnosti tří Jupiterů. Počáteční úhel mezi oběma oběžnými rovinami byl 71,5°. Inspirací pro tyto parametry byla exoplaneta Fomalhaut b v souhvězdí Jižní ryby.

Zvětšit obrázek
Slapové síly, které podle modelu amerických astrofyziků mají na svědomí záhady orbitálního pohybu horkých Jupiterů, způsobují i nám známější úkazy – přílivy a odlivy i nepatrné zpomalování rotace Země a vzdalování se Měsíce v současnosti rychlostí 3,84 cm/rok.
Obr.: Země a Měsíc z pohledu sondy Galileo. Velké rozlišení.

 

Gravitační provázanost všech tří těles, ale zejména změny v působení obrovské vzdálenější planety vyplývající z jejího orbitálního pohybu po elipse, v průběhu astronomicky dlouhé doby zapříčinily, že oběžná dráha menšího exo-Jupiteru periodicky měnila svůj tvar a postupně se s téměř kružnice stala dlouhá, úzká a vůči centrální hvězdě excentrická elipsa, jejíž úhel sklonu se také mírně zvětšoval. Když se planeta na této své gravitačními poruchami ovlivnéné dráze nacházela od mateřské hvězdy nejdál (v apoastronu), a zároveň byla druhá větší planeta k ní nejblíže, mohlo dojít k dočasnému gravitačnímu záchytu a to způsobilo překlopení dráhy přes úhel 90°. Vnitřní planeta tak v astronomicky krátké době změnila původní prográdní pohyb na retrográdní a začala se po své oběžné dráze pohybovat v podstatě opačným směrem než předtím.


Protože v důsledku silných slapových sil pomalu ztrácela energii, její moment hybnosti klesal na úkor vnější hmotnější planety. Proto se postupně přesouvala na nižší oběžnou dráhu blíž a blíž k centrální hvězdě, která nad ní přebírala gravitační nadvládu a rozžhavovala její povrch, až se stala velmi blízko a tedy i velmi rychle obíhajícím horkým Jupiterem.


I když jde o zajímavé vysvětlení obou záhad těchto exotických exoplanet, je to důkaz, že tento mechanismus je fyzikálně a matematicky možný. Není ale důkazem, že se to v každém reálně pozorovaném případě tak vskutku odehrálo.


 


 

Zdroj: Nature, Astronomy

Datum: 12.05.2011 14:40
Tisk článku


Diskuze:


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace