Astronómovia majú k dispozícii hneď niekoľko metód, ktorými odhaľujú prítomnosť obežníc okolo iných hviezd.
Umelecká predstava o prechode planéty pred svoju hviezdu. Zdroj: ESO/L. Calçada
Celé stáročia filozofi, astronómovia aj spisovatelia vedeckej fikcie predpokladali, že mimo našej sústavy jestvujú planéty. Avšak dávalo to zmysel. Ak obiehajú okolo Slnka, prečo by nemali byť aj pri iných, vzdialených hviezdach?
Bez dôkazu však mohli vedci len špekulovať. Definitívne potvrdenie prišlo v roku 1992. Pri pulzare vzdialenom 2300 svetelných rokov od Zeme spozorovali prvé dve planéty mimo slnečnej sústavy.
Dnes už objavené exoplanéty, ako sa prezývajú, rátame v tisíckach. Ku koncu októbra astronómovia podľa údajov NASA spozorovali viac ako 4500 telies vo viac ako 3360 sústavách. A ďalšie tisíce kandidátov čakajú na potvrdenie.
Ako vôbec vedci hľadajú vzdialené planéty?
Pozrite si
Planéty sa hľadajú ťažko
Hoci sú moderné pozemné aj vesmírne ďalekohľady nesmierne výkonné, nájsť teleso na obežnej dráhe ďalekej hviezdy vôbec nie je jednoduché. Planéty vôbec nie sú také jasné ako hviezdy a navyše sú v porovnaní s nimi drobné. Aj preto sme doteraz veľmi málo planét spozorovali priamo.
Astronómovia však majú k dispozícii hneď niekoľko metód, ktoré ich prítomnosť odhaľujú. Väčšina ich spozoruje nepriamo.
Najpoužívanejšou je metóda astronomického tranzitu, pri ktorom z pohľadu pozorovateľa menšie teleso prechádza popred väčšie, čím zakryje jeho malú časť. Týmto spôsobom vedci zachytili vyše tri štvrtiny doteraz potvrdených exoplanét.
Druhou najúspešnejšou je metóda radiálnej rýchlosti, pri ktorej sa zas skúma, ako sa mení svetlo hviezdy prichádzajúce k nám. Niekoľko desiatok exoplanét vedci taktiež našli pomocou gravitačného mikrošošovkovania a priameho pozorovania.
Pozrime sa na jednotlivé metódy podrobnejšie.
Keď planéta prejde pred hviezdou
Zatmenie Slnka je nádherným astronomickým úkazom. Dochádza k nemu vtedy, keď Mesiac prechádza priamo pred našou hviezdou a čiastočne zabráni svetlu, aby dopadlo na Zem. Podobne funguje aj doteraz najúspešnejšia metóda hľadania exoplanét.
Z nášho pohľadu môžu prezradiť svoju existenciu tak, že prejdú popred svoju hviezdu a čiastočne ju zatienia – jej jasnosť klesne, čo sa prejaví prepadom na grafe, zvanom svetelná krivka. Ak k prechodu dochádza opakovane a trvá vždy rovnaký čas, je veľmi pravdepodobné, že ide o vzdialený svet.
Veľkosť prepadu a dĺžka trvania veľa napovie o podstate planéty, ktorá úkaz spôsobila. Napríklad väčšie planéty zablokujú viac svetla, a tak bude svetelná krivka hlbšia. Alebo čím je ďalej planéta od hviezdy, tým dlhšie jej trvá, kým prechod zopakuje.
Hoci táto metóda odhalila doteraz najviac planét, má dva podstatné nedostatky. Prvým je, že na spozorovanie exoplanéty musí byť jej obežná dráha okolo hviezdy zarovno s pozorovateľom. Nanešťastie, pri mnohých planétach k tomu nikdy nedôjde, a tak sa o nich nedozvieme.
Druhým problémom je, že astronómovia často zachytávajú falošné signály. Jasnosť mnohých objektov na oblohe sa zvykne meniť, čo môže spôsobiť podobný záznam, ako keby šlo o planétu. Taktiež ho môže spôsobiť aj zákrytová dvojhviezda. Navyše kým sa prechod zopakuje, môžu ubehnúť mesiace či roky. Aj z tohto dôvodu sa zvyknú pozorovania potvrdiť inou osvedčenou metódou.
Najúspešnejším lovcom planét doteraz bol vesmírny ďalekohľad Kepler. Skúmal stovky tisíc hviezd vo vymedzenom zornom poli. Nasnímané údaje posielal na Zem, aby v nich vedci hľadali poklesy jasností hviezd. Objavil viac ako 2600 vzdialených planét. Nasledovníkom je teleskop TESS, ktorý už za dva a pol roka od spustenia našiel vyše 2200 kandidátov na zaradenie medzi planéty.
Umelecká predstava o prechode planéty pred svoju hviezdu. Zdroj: ESO/L. Calçada
Ako planéta vplýva na hviezdu
Modely a ilustrácie ukazujú našu sústavu so Slnkom presne v strede a okolo neho obiehajú planéty. V skutočnosti však hviezda nestojí na mieste, ale pod vplyvom gravitácie svojich obežníc opisuje malý kruh (v skutočnosti je pohyb komplikovanejší, lebo na Slnko vplýva až osem planét). Inými slovami, spoločne obiehajú bod, ktorý sa nazýva barycentrum.
Je to tak trochu ako vesmírne preťahovanie lanom. Malé planéty ako Zem majú na pohyb Slnka veľmi malý vplyv. Zato väčšie ako Jupiter spôsobia, že materská hviezda okolo barycentra opíše výraznejší kruh.
Tento pohyb sa javí ako kolísanie tam a späť alebo z nášho pohľadu smerom k nám a od nás. Ako sa to dá využiť na zistenie, či sa pri vzdialenej hviezde nachádza planéta? Prostredníctvom Dopplerovho javu.
Energia, či už v podobe zvuku, tepla, alebo svetla, sa šíri v podobe vĺn. Podľa pohybu telesa, ktoré tieto formy energie vytvára, sa vlny môžu naťahovať či sťahovať. Keď sa teleso približuje k vám, vlny sa stiahnu, keď sa vzďaľuje, naopak, natiahnu sa. Pri svetle to znamená, že pri približovaní sa hviezda javí modrá (modrý posun) a pri vzďaľovaní zas červenšia (červený posun).
Metóda radiálneho posunu, ako sa presne nazýva, bola spočiatku najúspešnejšou pri hľadaní exoplanét, no postupne ju vytesnilo hľadanie pomocou prechodov. Doteraz našla zhruba dvadsať percent známych obežníc.
Zároveň má niekoľko výhod. Umožňuje odhadnúť hmotnosť planéty. Astronómovia nemusia hviezdu pravidelne sledovať. Metóda sa tiež dá využívať s pozemnými ďalekohľadmi. Moderné technológie umožnili zachytiť aj centimetrové odchýlky v pohybe.
Tanec hviezdy
Analýza Dopplerovho javu nie je jediná možnosť, ako sa dá odhaliť prítomnosť planéty pri hviezde, ktorá sa pod vplyvom jej gravitácie hýbe sem a tam. Metóda, ktorá je nazvaná astrometria, skúma, ako sa takéto kolísanie prejavuje vzhľadom na polohu okolitých hviezd.
Metóda spočíva v opakovanom snímaní vybranej hviezdy spolu s ďalšími. Astronómovia následne porovnávajú vzdialenosti medzi jednotlivými telesami a zisťujú, či sa poloha vybranej hviezdy mení v čase. Ak sa pohla vzhľadom na ostatné, môžu preštudovať pohyb a ďalej skúmať, či okolo nej neobieha planéta.
Astrometria je najstarším spôsobom hľadania vzdialených svetov, zmienky o nej pochádzajú už z konca 18. storočia. Keďže ale vyžaduje extrémne presné merania, je nesmierne náročná pre pozemné teleskopy. Jednak javy v atmosfére spôsobujú obrovské skreslenia, kolísanie hviezd je navyše veľmi nepatrné. Aj to sú dôvody, prečo astronómovia doteraz touto metódou zatiaľ potvrdili len jednu exoplanétu.
Vedci však očakávajú, že vesmírne observatórium Gaia, ktoré vypustili v roku 2013, by mohlo nájsť ďalšie. Navrhli ho tak, aby pomocou astrometrie meralo polohu miliónov hviezd a vytvorilo najpresnejší trojrozmerný katalóg telies v Mliečnej ceste.
Vesmírna lupa na planéty
V uplynulom období sme viackrát písali o jave, zvanom gravitačná šošovka, ktorý vychádza z Einsteinovej všeobecnej relativity. Zjednodušene povedané, prejavuje sa nasledovne: veľké hmotné telesá ohýbajú časopriestor okolo seba, čo zároveň ovplyvňuje svetlo prechádzajúce v blízkosti tak, že zmení smer a javí sa jasnejšie. Takými hmotnými telesami môže byť napríklad čierna diera alebo galaktická kopa.
Dôležité je, že gravitačná šošovka môže ohnúť a sústrediť svetlo podobne, ako to dokáže bežná lupa.
Rovnaký jav, akurát v menšej mierke, pomáha pri hľadaní planét. Nazýva sa gravitačná mikrošošovka a dochádza k nej, keď jedna hviezda svojou gravitáciou spôsobí, že svetlo druhej, ešte vzdialenejšej hviezdy sa na chvíľu zdá jasnejšie. Obe telesá musia byť z pohľadu pozorovateľa takmer zarovno, aby k šošovkovaniu došlo.
Podstatné však je, že ak okolo prvej hviezdy obieha planéta, svojou gravitáciou tiež prispeje k javu. Astronómovia vedia tento príspevok zmerať a zistiť, či má hviezda svoju obežnicu.
Výhodou metódy je, že na rozdiel od predošlých, ktoré nachádzajú planéty veľmi blízko k svojim hviezdam, gravitačná mikrošošovka odhaľuje aj vzdialenejšie. Teda také, ktorých obežná dráha je porovnateľná s dráhou Jupitera či Saturna okolo Slnka. Podstatnými nevýhodami však je, že jav sa nedá zopakovať, nie je možné ho ani predpovedať, a tak musia vedci dlhodobo pozorovať veľkú časť oblohy. Doteraz pomocou tejto metódy našli 2,6 percenta známych planét.
Pozrite si
Planéta sa dá spozorovať aj priamo
Ak máte vhodný ďalekohľad a sú dobré podmienky, môžete planéty v našej sústave pozorovať aj zo záhrady.
Podobne to však neplatí o vzdialených svetoch. Ak sú blízko svojej hviezdy, v jej silnom žiarení sa stratí akékoľvek odrazené svetlo či uvoľnené teplo z týchto planét. Naopak, ak sú ďaleko, neodrazia dostatok svetla, aby sa dali ľahko spozorovať. Našťastie pre astronómov jestvuje zariadenie, zvané koronograf, ktoré blokuje žiarenie z hviezdy. V podstate slúži ako slnečná clona do auta. No zároveň umožní preskúmať, aké telesá sa v okolí hviezdy nachádzajú.
Vedci sa však na takéto planéty nepozerajú vo viditeľnom spektre, ale v infračervenom. Práve v takýchto vlnových dĺžkach už kontrast medzi svetlom hviezdy a tým, ktoré odrazila planéta, už nie je taký výrazný, čo umožňuje rozoznať obežnice. Metóda priameho zobrazovania sa pomaly rozbieha, v súčasnosti sme podľa webu NASA Exoplanet Archive takto našli 118 planét. Treba však doplniť, že počty takto objavených svetov sa zvyknú líšiť v závislosti od toho, čo sa považuje za planétu.
Existujú totiž telesá, ktoré sa volajú hnedé trpaslíky a ktoré sú akýmsi medzistupňom medzi planétami a hviezdami. Nemajú dostatočnú hmotnosť, aby v nich prebiehali reakcie ako v bežných hviezdach. Vyžarujú však infračervené žiarenie a to môže spôsobiť, že ich zaradia medzi planéty. Vedci musia preto vykonať viaceré pozorovania. Ideálne je tiež, keď je v pozorovanej sústave z nášho pohľadu rovina obehu planét kolmo.
Hviezdna sústava Beta Pictoris v blízkoinfračervenom spektre. Vďaka koronografu vedci zablokovali svetlo z materskej hviezdy, čo im umožnilo zachytiť planétu Beta Pictoris b (svetlomodrý bod). Zdroj: ESO/A. M. Lagrange et al.
Zdroje: NASA (1, 2), NASA Exoplanet Archive, ESA, Planetary Society
