Není to tak dávno, co si astronomové nebyli jisti, že exoplanety vůbec existují. Nyní víme, že jich jsou tisíce a že většina hvězd pravděpodobně ukrývá exoplanety. Podle některých odhadů by v Mléčné dráze mohly být stovky miliard exoplanet. Není tedy důvod si myslet, že hvězdy v jiných galaxiích nejsou hostiteli planet.
Ale najít jednu z těch planet v jiné galaxii? To je významný vědecký úspěch.
Astronomové nacházejí většinu exoplanet v naší galaxii s tranzitní způsob . Když planeta prochází mezi námi a její hvězdou, světlo hvězdy nepatrně klesá, protože planeta blokuje část světla. Změřit tento mírný pokles je velmi obtížné, ale to je to, co lovci planet mají rádi NASA Satelit pro průzkum tranzitujících exoplanet (TESS) dělat. Tato metoda nebude fungovat v jiné galaxii. Je obtížné dokonce rozeznat jednotlivé hvězdy v jiných galaxiích, natož detekovat nepatrnou světelnou blokádu, když potenciální exoplaneta prochází před svou hvězdou.
Ale TESS pozoruje ve viditelném světle a téměř v ultrafialovém světle. Co kdyby pozorování jiné části spektra astronomům umožnilo vidět jednotlivé hvězdy v jiné galaxii a dokonce i planety obíhající kolem těchto hvězd?
Tým astronomů použil data z ESA XMM-Newton kosmická loď, která pozoruje rentgenové záření, aby rozeznala jednotlivé hvězdy v jiné galaxii. V rentgenovém záření je méně jasných objektů než ve viditelném světle, takže identifikace zdrojů rentgenového záření není tak náročná jako ve viditelném světle.
Tým publikoval článek v časopise Nature Astronomy s názvem „ Možný kandidát na planetu ve vnější galaxii detekovaný pomocí rentgenového tranzitu. Hlavní autorkou je Rosanne Di Stefano z Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian. Ve svém článku vědci předkládají důkazy o planetě velikosti Saturnu obíhající kolem hvězdy v Whirlpool Galaxy .
Tým studoval konkrétní typ hvězdy, která jasně září v rentgenovém záření. Říká se jim rentgenové dvojhvězdy protože existují v párech a díky jejich jedinečnému vztahu jsou extrémně emitující rentgenové záření. Rentgenová dvojhvězda (XRB) se skládá z dárcovské hvězdy a akretoru. Dárcovská hvězda je obvykle docela typická hvězda a akretorem je buď černá díra s hvězdnou hmotností, nebo neutronová hvězda.
Umělcova ilustrace rentgenové dvojhvězdy. Hmota ze žluté hvězdy proudí do akrečního disku kolem černé díry. Obrazový kredit: ESA, NASA a Felix Mirabel – Hubble Site, Public Domain.
V rentgenové dvojhvězdě hmotnější akretor odtahuje hmotu od dárcovské hvězdy. Vzhledem k tomu, že tato záležitost připadá na dárce, obrovské množství gravitační potenciální energie se uvolňuje a ohřívá materiál na miliony stupňů. Zahřátý materiál vyzařuje rentgenové paprsky a tyto rentgenové paprsky jsou detekovatelné pomocí XMM-Newton.
Pokud mezi rentgenovou dvojhvězdou a námi projde dostatečně velký objekt, mohli bychom potenciálně pozorovat pokles rentgenového záření, stejně jako TESS pozoruje poklesy viditelného světla.
„Rentgenové dvojhvězdy mohou být ideálními místy pro hledání planet, protože ačkoli jsou milionkrát jasnější než naše Slunce, rentgenové záření pochází z velmi malé oblasti. Ve skutečnosti je zdroj, který jsme studovali, menší než Jupiter, takže tranzitující planeta by mohla zcela zablokovat světlo z rentgenové dvojhvězdy,“ vysvětluje první autorka Rosanne Di Stefano tisková zpráva .
Spolu s daty z XMM-Newton použil tým data z NASA rentgenová observatoř Chandra . Dohromady zkoumali rentgenová data ze tří galaxií na rentgenové tranzity, které by mohly naznačovat přítomnost planet. V galaxii Whirlpool našli tranzit, který na několik hodin zcela zablokoval zdroj rentgenového záření.
Tento obrázek ze studie ukazuje oblast obsahující rentgenovou dvojhvězdu pojmenovanou M51-ULS-1. Vlevo je skládaný obrázek z pokročilého CCD Imaging Spectrometer společnosti Chandra. Vpravo je Hubbleův snímek oblasti v bílém čtverci na snímku Chandra. Růžový kruh je zdrojem rentgenového záření M51-ULS-1. Obrazový kredit: Di Stefano et al 2021.
Když astronomové objeví něco nového, jako je toto, musí vyloučit jiná vysvětlení, než dospějí k závěru, že se jedná o skutečnou planetu. Zdroje rentgenového záření mohou být variabilní. Existují světlice a stavy s vysokými a nízkými emisemi, které mohou trvat dlouhou dobu. Zdroje rentgenového záření, jako je M51-ULS-1, mohou dokonce podstoupit období bez rentgenového záření, kde nedochází k žádným emisím rentgenového záření. Tým pozoroval jedno z těchto období, ale bylo pozorováno odděleně od tranzitu.
Mohl to být jiný objekt než planeta, jako hnědý trpaslík nebo červený trpaslík. Ale systém je na tato vysvětlení příliš mladý. A tranzitní objekt byl příliš velký.
Mohly to způsobit změny v hustotě plynu a prachu v systému. Ale tranzitující objekt má dobře definovaný povrch, který mrak nemá. I když je planeta plynným obrem nebo světem s rozsáhlou atmosférou, stále by měla dobře definovaný povrch. Vědci však objasňují, že nemohou zcela vyloučit oblak plynu. „Zaznamenali jsme však, že charakteristiky mraků jsou tak široké, že soubor možností nelze nikdy zcela prozkoumat a vyloučit,“ vysvětlují.
Existují také akreční propady. Poklesy jsou však jiné než přechody a mohou mít různé tvary, zatímco přechody nikoli. „Poklesy se mohou tvarem lišit od zatmění a ve skutečnosti vykazují širokou škálu tvarů, dokonce i ve světelné křivce jednoho zdroje. Nejzřetelnější rozdíl mezi poklesem a zatměním je však v tom, že poklesy vykazují energetickou závislost,“ uvádí článek. Článek také vysvětluje, že pokles mění spektrální povahu rentgenového signálu, což poskytuje „…informace o zdroji a materiálu v jeho blízkém okolí“.
Dalším možným vysvětlením jsou změny v rentgenových paprskech pocházejících ze samotného akretoru. Tým ale tuto možnost vyloučil, protože teplota a barvy světla se nikdy nezměnily. Světlo bylo na několik hodin zablokováno, ale kromě toho se nezměnilo.
„Nejprve jsme se museli ujistit, že signál nebyl způsoben ničím jiným,“ říká Di Stefano. 'Udělali jsme to hloubkovou analýzou rentgenového poklesu v datech Chandra, analýzou dalších poklesů a signálů v datech XMM a také modelováním poklesů způsobených jinými možnými událostmi, včetně planety.'
Zvažovali také, že samotná dárcovská hvězda může procházet před akretorem. To se podle údajů společnosti XMM-Newton stalo. Ale to bylo oddělené od ostatního tranzitu. Přechod dárcovské hvězdy způsobil mnohem delší výpadek proudu.
Ve svém článku autoři napsali: 'Namísto toho jsou data dobře přizpůsobena modelu tranzitu planety, ve kterém má zákryt s největší pravděpodobností velikost Saturnu.'
'Udělali jsme počítačové simulace, abychom zjistili, zda má pokles vlastnosti přechodu planety, a zjistili jsme, že dokonale sedí. Jsme si docela jisti, že to není nic jiného a že jsme našli naši první kandidátskou planetu mimo Mléčnou dráhu,“ řekl Di Stefano.
Takže pokud tam je planeta, jaké jsou její vlastnosti? To je těžké s jistotou říci, ale tým výzkumníků byl ochoten ze svých dat spekulovat.
Je velká asi jako Saturn a obíhá kolem dvojhvězdy ve velké vzdálenosti: od dvojhvězdy je desetkrát vzdálenější než Země od Slunce. Absolvování jednoho oběhu také trvá asi 70 let. Co se týče obyvatelnosti? V žádném případě. Dvojhvězda bombarduje planetu extrémním množstvím radiace.
70letá oběžná dráha je omezením této studie. Dlouhá oběžná doba znamená, že data ukázala pouze jeden tranzit. To je důvod, proč tým pečlivě nazval svůj nález „kandidátem na planetu“. Neexistuje způsob, jak to v nejbližší době potvrdit sledováním dalších tranzitů. Odstranili další možné příčiny, ale jiní výzkumníci mohou v datech najít něco jiného. 'Můžeme pouze s jistotou říci, že to neodpovídá žádnému z našich dalších vysvětlení,' říká Di Stefano.
Toto není první kandidátská planeta v jiné galaxii. Další kandidátské planety byly nalezeny pomocí gravitační čočky. Ve skutečnosti byl kandidát na jednu planetu nalezený v galaxii Andromeda. Ale čočkové události jsou náhodné a neopakují se, takže neexistuje způsob, jak to potvrdit, jako to mohou astronomové s tranzity, ke kterým dochází při každém oběhu planety.
Již existuje jedna potvrzená extragalaktická planeta a byla také nalezena pomocí rentgenového záření. Astronomové našel v roce 1992 kolem pulsaru PSR1257 + 12. Podle výzkumníků ve skutečnosti kolem pulsaru obíhají dvě nebo více planet.
„První potvrzená planeta mimo naši sluneční soustavu byla nalezena kolem pulsaru, objektu typicky pozorovaného v rentgenovém záření. Jsem nadšený, že rentgenové záření nyní hraje také důležitý krok při hledání planet za hranicí naší galaxie,“ řekl Norbert Schartel, XMM-Newton Project Scientist pro ESA.
Jsme svědky toho, jak se naplňuje nová metoda hledání extragalaktických planet?
„Tato práce demonstruje novou metodu s potenciálem objevovat planety v široké řadě systémů hostujících XRS (zdroje rentgenového záření). Protože nejsvítivější XRS mohou být detekovány ve vnějších galaxiích, hledání extroplanet, planet na drahách nacházejících se mimo Mléčnou dráhu, se nyní stalo realistickým a praktickým podnikem,“ píší autoři ve svém článku.
'Nyní, když máme tuto novou metodu pro nalezení možných kandidátů na planety v jiných galaxiích, doufáme, že když se podíváme na všechna dostupná rentgenová data v archivech, najdeme jich mnohem více.' V budoucnu bychom mohli být dokonce schopni potvrdit jejich existenci,“ řekl Di Stefano.
Více:
- Tisková zpráva: Mohla by to být planeta v jiné galaxii?
- Publikovaný výzkum: Možný kandidát na planetu ve vnější galaxii detekovaný pomocí rentgenového tranzitu
- Vesmír dnes: Poprvé byly planety objeveny v JINÉ galaxii!
