Student World

tisková zpráva Evropské jižní observatoře č. 14/2014

Pozorování provedená pomocí dalekohledu ESO/VLT umožnila astronomům poprvé v historii určit rychlost rotace exoplanety. Ukázalo se, že den na planetě Beta Pictrois b trvá pouze 8 hodin a je tedy mnohem kratší než u kterékoliv z planet ve Sluneční soustavě. Rovník této planety se pohybuje rychlostí téměř 100 tisíc kilometrů za hodinu. Tento nový poznatek dále rozšiřuje platnost vztahu mezi hmotností a rychlostí rotace planet, který známe ze Sluneční soustavy, i na exoplanety. Podobná metoda astronomům v budoucnu umožní detailní mapování exoplanet pomocí dalekohledu E-ELT (European Extremely Large Telescope).

Exoplaneta Beta Pictoris b obíhá kolem hvězdy Beta Pictoris [1], [2], která se nachází asi 63 světelných let od Slunce a na obloze ji nalezneme i pouhým okem v jižním souhvězdí Malíře. Planeta byla objevena před šesti lety a patří k prvním exoplanetám, které se podařilo pozorovat přímým zobrazením. Kolem své mateřské hvězdy obíhá ve vzdálenosti osmkrát větší než Země kolem Slunce a je tak exoplanetou s nejmenší vzdáleností od své hvězdy, jakou se zatím podařilo přímo pozorovat [3].

Tým nizozemských astronomů z Leiden University a institutu SRON (Netherlands Institute for Space Research) využil přístroj CRIRES na dalekohledu VLT a objevil, že rychlost pohybu rovníku daná rotací planety Beta Pictoris b je téměř 100 tisíc kilometrů za hodinu. Pro srovnání, rovník Jupiteru se pohybuje rychlostí 47 tisíc kilometrů za hodinu [4], zatímco v případě Země je tato rychlost jen 1 700 km/h [5]. Planeta Beta Pictoris b je víc než 16krát větší a 3000krát hmotnější než Země, den na této planetě však trvá pouze 8 hodin.

„Zatím není známo, proč některé planety rotují rychle a jiné pomalu,“ říká spoluautor práce Remco de Kok. „Ale tato první měření rotace exoplanety ukazují, že pravidlo, které pozorujeme ve Sluneční soustavě, kde hmotnější planety rotují rychleji, platí i pro exoplanety. Musí se tady jednat o nějaký důsledek procesu formování planet.“

Exoplaneta Beta Pictoris b je při stáří 20 milionů let velmi mladým objektem (ve srovnání se 4,5 miliardy let starou Zemí) [6]. Předpokládá se, že jak bude planeta stárnout, ochladne a smrští se, a díky tomu se její rotace v budoucnu dále urychlí [7]. Na druhou stranu jsou zde ale i jiné procesy, které mohou rychlost rotace planety změnit. Například rotace planety Země se neustále zpomaluje v důsledku slapového působení Měsíce.

Astronomové využili metodu spektroskopie s velkou disperzí (high-dispersion spectroscopy) a rozložili světlo planety na základní složky – různé vlnové délky světla. Princip Dopplerova jevu jim umožnil využít jemné změny vlnové délky k prokázání různých rychlostí pohybu protilehlých stran planety vzhledem ke vzdálenému pozorovateli. Pečlivým odstraněním efektů způsobených mnohem jasnější mateřskou hvězdkou se jim podařilo extrahovat signál související s rotací planety.

„Změřili jsme vlnové délky záření vysílaného planetou s přesností jedné stotisíciny. Díky tomu bylo měření dostatečně citlivé i na efekty vznikající v důsledku Dopplerova jevu, který umožňuje odhalit také rychlost rotace sledovaného objektu,“ říká hlavní autor práce Ignas Snellen. „S použitím této metody jsme detekovali části planety, které se pohybují různou rychlostí k nám a od nás. A to může znamenat jediné, že planeta rotuje.“

Tato pozorovací technika vychází z Doplerovského zobrazování, které je po desetiletí používáno k mapování povrchu hvězd, a v nedávné době bylo použito také v případě hnědého trpaslíka [8] Luhman 16B. Rychlá rotace planety Beta Pictoris b slibuje, že v budoucnu bude možné vytvořit mapu horních vrstev atmosféry této planety a zachytit tak oblačné struktury a velké bouře.

„S rozlišením a citlivostí dalekohledu E-ELT a s použitím zobrazovacích spektrografů s vysokou disperzí bude možné tuto metodu použít na mnohem větším vzorku exoplanet. Pomocí plánovaného přístroje METIS (Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph, zobrazovací spektrograf pro střední infračervené pásmo) budeme s použitím této techniky schopni vytvářet mapy exoplanet a zkoumat objekty mnohem menší než je Beta Pictoris b,“ říká Bernhard Brandl, spoluautor článku a vedoucí vědecký pracovník vývojového týmu přistroje METIS.

Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí

[1] Hvězda Beta Pictoris je známa pod mnoha různými označeními, např. HD 39060, SAO 234134 nebo HIP 27321.

[2] Beta Pictoris je jedním z nejlépe prozkoumaných exemplářů hvězd obklopených zbytkovým prachovým diskem. Dnes je známo, že její disk sahá až do vzdálenosti kolem 1000 AU (1000krát dále než obíhá Země kolem Slunce). Starší pozorování planety Beta Pictoris b byla oznámena i v tiskových zprávách eso0842, eso1024 a eso1408.

[3] Při pozorování bylo využito adaptivní optiky, která kompenzuje poruchy obrazu způsobené turbulencemi v zemské atmosféře. Astronomům tato technika umožňuje dosáhnout velmi ostrých snímků, které jsou v malých zorných polích srovnatelné s kvalitou pozorování získaných pomocí kosmických teleskopů pracujících mimo atmosféru Země.

[4] Jelikož Jupiter nemá pevný povrch, podle kterého by bylo možné určit rychlost rotace planety, bereme v úvahu rychlost rotace atmosféry na rovníku, která je asi 47 tisíc kilometrů za hodinu.

[5] Rychlost pohybu rovníku planety Země daná její rotací je 1 674,4 km za hodinu.

[6] Starší pozorování naznačovala, že systém by mohl být ještě mladší.

[7] Jedná se o důsledek zachování momentu hybnosti a jde o stejný efekt, který například způsobuje, že krasobruslařka při piruetě se roztočí rychleji, jakmile přitáhne ruce k tělu.

[8] Hnědí trpaslíci bývají někdy označováni jako ‚nepodařené hvězdy‘. Na rozdíl od skutečných hvězd (jako je například Slunce), se hnědý trpaslík nikdy nezahřeje natolik, aby se v něm mohla zažehnout trvalá termojaderná reakce.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku „Fast spin of a young extrasolar planet“ autorů I. Snellen a kol., který vyšel 1. května 2014 v odborném časopise Nature.

autor Jiří Srba