Jak astronomové rozlišují obří planety od hnědých trpaslíků? Nebylo to vůbec jednoduché
Foto: Ilustrační_Geralt/PixabayAstronomové obvykle rozlišují planety od hvězd na základě kombinace jasnosti, teplot a spektrálních informací. Obří planety a hnědí trpaslíci, kteří jsou často nazýváni „neúspěšnými hvězdami“, se však nacházejí přímo uprostřed tohoto klasifikačního systému. Velikost a hmotnost největších planet se překrývá s velikostí a hmotností nejmenších hnědých trpaslíků. A protože hnědí trpaslíci postrádají trvalou jadernou fúzi, vyzařují slabou záři jako obří planety. …. To aby se v tom čert vyznal….
Hnědí trpaslíci můžou v dalekohledu zanechat překrývající se jasnost, vykazovat podobné teploty a dokonce i atmosférické otisky.
Nápadná podobnost tak nechává astronomy v nejistotě, zda pozorovali nadměrně velkou planetu, nebo podměrečnou hvězdu. Když se astronomové potýkají s rozlišením obřích planet od hnědých trpaslíků, což je třída objektů hmotnějších než planety, ale příliš malých na to, aby u nich došlo k jaderné fúzi jako u skutečných hvězd, můžou pozorovat objekt, který nechtěli. Je to jako čekat na vejce, než se z něho vylíhne kuře, jenže po dlouhých hodinách čekání zjistíte, že z toho nic nebude, protože celou dobu pozorujete prázdnou skořápku.
Aby astronomové dokázali rozlišit objekty, které pozorují, potřebovali důkaz, který jim jasně napoví, co mají v hledáčku. A konečně na to přišli.
Zásadní je rychlost otáček
Astrofyzici v nové studii našli dosud nejjasnější důkazy o tom, že obří planety se otáčejí výrazně rychleji než jejich protějšky – hnědí trpaslíci. Nové výsledky naznačují, že měření rotace by mohla poskytnout účinnou novou diagnostiku pro klasifikaci těchto nerozlišitelných populací a naznačovat, že se tyto dva objekty vyvíjejí odlišně. Možná že dokonce vznikají odlišnými procesy.
Jednoduše „Spin“
Spin je fosilní záznam o tom, jak se planeta formovala. Měřením rychlosti rotace těchto světů můžeme začít skládat dohromady fyzikální procesy, které je formovaly před desítkami až stovkami milionů let.
Kosmická krize identity
Astronomové se přemýšleli, zda by rozdílná rotace objektů nemohla poskytnout potřebný rozlišovací faktor. Proto analyzovali šest obřích exoplanet a 25 hnědých trpaslíků, a to s využitím observatoře WM Keck, která se nachází na ostrově Maunakea na Havaji.
Pomocí spektroskopie s vysokým rozlišením tým izoloval světlo od slabých objektů. Díky tomu tým změřil jemné detaily v jejich atmosféře. Jak se tyto vzdálené světy otáčejí, charakteristiky v jejich spektrech se rozšiřují, podobně jako Dopplerův jev u zvuku. Analýzou těchto rozšířených charakteristik můžou vědci určit, jak rychle se planeta otáčí.
Po změření rotací exoplanet a hnědých trpaslíků tým zkombinoval tato nová měření s měřením rotací z předchozích studií. To týmu umožnilo vytvořit větší vzorek planet, hnědých trpaslíků a souvisejících objektů pro potřebné srovnání. Když astrofyzik Hsu a jeho spolupracovníci porovnali rychlosti rotace v celém vzorku, objevil se jasný vzorec. Obří planety mají tendenci rotovat menším zlomkem své teoretické maximální rychlosti – známé jako jejich „rychlost rozpadu“ neboli bod, ve kterém by se objekt odtrhl odstředivou silou. Naproti tomu hnědí trpaslíci rotují pomaleji.
Podle vědců tento rozdíl pravděpodobně souvisí s hmotnostmi objektů a s tím, jak se jejich hmotnost srovnává s hmotností jejich hostitelských hvězd. Astronomové si již dlouho mysleli, že obří planety vznikají uvnitř disků plynu a prachu obklopujících mladé hvězdy. Během formování mohou interakce s diskem ovlivnit, kolik momentu hybnosti, neboli množství rotace, si planeta zachovává.
Hnědí trpaslíci se na druhou stranu můžou formovat jako hvězdy, tedy kolapsem plynových oblaků, nebo jako planety. Interakce mezi silným magnetickým polem hnědého trpaslíka a okolním plynem fungují jako kosmická brzda, která způsobuje ztrátu momentu hybnosti objektu.
Jeden exoplaneta a jeden hnědý trpaslík ve studii Hsu tento rozdíl zdůrazňují. Obří planeta v exoplanetární soustavě HR 8799 má asi sedmkrát větší hmotnost než Jupiter a rotuje neobvykle rychle. Blízký hnědý trpaslík je však zhruba třikrát hmotnější než obří exoplaneta, přesto rotuje šestkrát pomaleji.
Zatímco oba objekty během svého vzniku ztratily moment hybnosti, rotace hmotnějšího hnědého trpaslíka ztratila výrazně více hybnosti, pravděpodobně kvůli jeho silnějšímu magnetickému poli. Studie také zjistila, že hnědí trpaslíci obíhající kolem hvězd se otáčejí ještě pomaleji než izolovaní hnědí trpaslíci, kteří se pohybují vesmírem. To pravděpodobně odráží odlišná prostředí, ve kterých se objekty formovaly.
Vědecký tým dále plánuje rozšířit své studie zkoumáním rotací volně se vznášejících objektů o planetární hmotnosti zbloudilých světů, které se pohybují vesmírem bez hostitelské hvězdy a zkoumáním chemického složení planetárních atmosfér napříč populací.
Zdroje: Severozápadní univerzita; DOI: 10.3847/1538-3881/ae434b, Studie byla publikovaná ve středu (18. března) v časopise The Astronomical Journal. Jedná se o dosud největší průzkum měření rotace přímo zobrazených extrasolárních planet a hnědých trpaslíků; https://www.eurekalert.org/news-releases/1120080
Autorem studie je Chih-Chun „Dino“ Hsu, expert na exoplanety a hnědé trpaslíky, je postdoktorandským výzkumníkem v Centru pro interdisciplinární výzkum astrofyziky (CIERA) na Northwesternké univerzitě. Spoluautor studie je Jason Wang. Wang je odborným asistentem fyziky a astronomie na Weinbergově vysoké škole umění a věd.