Podivné nové světy
Představte si, že by vám hvězda mohla říct, že má planety. To by bylo opravdu užitečné, protože najít planety obíhající kolem vzdálených hvězd – exoplanety – je těžké. Neptun, nejvzdálenější planetu v naší sluneční soustavě, jsme našli v roce 1846. Ale neměli jsme přímý důkaz o planetě kolem JINÉ hvězdy, dokud... devatenáct devadesát pět. …o 149 let později. Přemýšlej o tom. Jakékoli sci-fi, které jste sledovali nebo četli a které bylo napsáno před rokem 1995 a které zobrazovalo cestování k exoplanetám, předpokládalo, že jiné planety vůbec existují.Star Trek: Nová generacevysílal svou poslední sezónu v roce 1994. Ani jsme nevěděli, jestli tam byl Vulcan. (Teď ano!… druh)
Jupiter (pravý světlý bod) a Saturn (levý světlý bod), které zde byly vidět proti Mléčné dráze, byly nejvzdálenější planety, které jsme mohli vidět před vynálezem dalekohledů – C. Matthew Cimone
Od roku 1995, s příchodem planetárních loveckých teleskopů jako Kepler a TESS , našli jsme TISÍCE planet obíhajících kolem jiných hvězd. Tyto mise nacházejí exoplanety doslova hledáním jejich stínů. Někdy orbita exoplanety zkříží náš pohled na vzdálenou hvězdu a blokuje část světla hvězdy. Tento „tranzit“ planety vytváří v pozorovaném světle hvězdy stín, který pak můžeme použít k určení velikosti planety, ať už se jedná o kamennou planetu jako je Země nebo plynného obra jako Jupiter, a délku planety. rok kolem své mateřské hvězdy.
Přechod Venuše přes naše vlastní Slunce zobrazený v různých fázích přechodu. Teleskopy pro lov planet hledají tyto události, aby objevily exoplanety obíhající kolem jiných hvězd. c NASA
Ale planety jsou ve srovnání s jejich hostitelskými hvězdami velmi malé. Množství světla, které blokují, je zlomkem celkového světla hvězdy, takže naše zařízení musí být velmi citlivé. A pokud planety neobíhají tak, že nám kříží pohled na hvězdu, řekněme, když se díváme na vzdálenou sluneční soustavu shora dolů, můžeme mít obtížnější zjistit jejich přítomnost. Vědci tedy hledají alternativní způsoby objevování planet a jedním by mohlo být studium samotných mateřských hvězd. Hvězdy jsou velké a jasné a snadno rozpoznatelné. Pokud jsou hvězdy, které zrodily sluneční soustavu, nějakým způsobem jedinečné pro hvězdy, které ji nemají, můžeme mít nový mocný způsob lovu planet. Konkrétně astronomové věnují velkou pozornost chemickému složení hvězdy – správné hvězdě.
Budování sluneční soustavy
Planety a hvězdy sdílejí totéž. Naše sluneční soustava vznikla z jednoho obrovského rotujícího oblaku prachu a plynu zvaného protoplanetární disk. 99,8 % hmota se soustředila ve středu staženém gravitací k vytvoření Slunce.
Aktuální snímek protoplanetárního disku mladé hvězdy HL Tauri vzdálené asi 450 světelných let dalekohledu ALMA C. ESO/ALMA
Zbývajících 0,2 % všeho, co neskončilo ve Slunci, se samo zploští a vytvoří disk – představte si, jak se koule těsta zploští do tvaru pizza, jak se točí. Toto zploštění je důvodem, proč všechny planety obíhají kolem Slunce po podobné rovině zvané Rovina ekliptiky . Uvnitř rotujícího disku se materiál začíná shromažďovat a tvoří planetesimály, které se stávají zárodky budoucích planet. Ale co je to za věci? Je to důležité! Z toho jsou stvořeny planety a ty a já. Astronomové to označují jako „kovy“. V astronomii jsou „kovy“ považovány za cokoli v periodické tabulce nad atomovým číslem 2 – tedy za cokoli těžšího než vodík a helium, jako je vápník v kostech nebo železo v krvi. Ve skutečnosti u zrodu vesmíru existoval POUZE vodík, helium a malé množství lithia. Žádný z ostatních prvků neexistoval. Tyto prvky jsou samy vytvářeny hvězdami, hluboko v jejich nitru, když přeměňují vodíkové palivo prostřednictvím jaderné fúze na těžší a těžší prvky – kovy. Jakmile tyto hvězdy na konci svého života vybuchnou jako supernova, vylijí své útroby do mezihvězdné prázdnoty a zasévají je hmotou, která tvoří jiné hvězdy stejně jako PLANETY. První generace hvězd v raném vesmíru pravděpodobně neměla vůbec žádné planety. Na jejich stavbu ještě nebyly suroviny. My jim říkáme Obyvatelstvo III hvězdy.
Další generace hvězd, Populace II, byla první, která vznikla ve vesmíru, který byl obohacen o těžší prvky. Nejsme si úplně jisti, zda se tato skupina hvězd vytvořila s dostatečným množstvím kovů na vytvoření planet. Chceme přesně určit, kdy se ve vesmíru zformovaly první planety, abychom mohli odhadnout, jak mohl existovat časný život. Ale pokud se kolem hvězd populace II vytvořily planety, pravděpodobně se tak stalo docela malé a obíhají velmi blízko svých mateřských hvězd – mnohem blíže než Merkur v naší vlastní sluneční soustavě. Pravděpodobně není ideální pro život při parné povrchové teplotě 1600 K. I kdyby se kolem těchto hvězd život vytvořil, pravděpodobně již vymřel, protože tyto hvězdy žily kratší dobu než naše Slunce a již vyhořely. (Pokud ovšem život neopustil svou sluneční soustavu, aby prozkoumal vesmír a stále někde existuje jako prastará vesmírná civilizace z dávno mrtvé hvězdy... lze si to představit.)
Což nás přivádí k populaci I, skupině hvězd, do které patří naše Slunce. Naše Slunce se zformovalo ve vesmíru, kde již proběhly miliardy let zrození a zániku hvězd. Vesmír byl oplodněn více kovy. Nejen, že kovy v protoplanetárním disku vytvářejí surovinu pro tvorbu planet, ale také chránit disk před odfouknutím zářením mateřské hvězdy. Více kovů znamená více času, který mají planety k dispozici, aby se vytvořily, než energie hvězdy nakonec odpaří zbývající materiál, který ještě nevytvořil planety
Komety jako NEOWISE, které nedávno navštívily naši oblohu, jsou doslova jen některé zbytky z protoplanetárního disku, který vytvořil sluneční soustavu c. Matthew Cimone
“Kam se podívat”
Pochopení toho, jak planety vznikají, nám dává první vodítko k tomu, kde je hledat – hvězdy s kovy. Pamatujte, že hostitelská hvězda a její planety se tvoří ze stejného oblaku hmoty, takže některé z těchto kovů jsou do hvězdy přimíchány. Při pohledu na světlo z hvězdy pomocí spektroskopie , můžeme říci, jak vysoce je obohacena o kovy – „kovovost hvězdy“. Při studiu těchto hvězd bohatých na kovy známe pozemské kamenné planety jako je Země jsou 1,72krát pravděpodobnější aby se kolem nich vytvořily. Dokonce i plynní obři jsou s větší pravděpodobností se vytvoří kolem hvězd bohatých na kov. Ačkoli jsou plynní obři jako Jupiter vyrobeni spíše z plynů než z kovů, předpokládá se, že se tvoří kolem počátečního skalnatého semene nebo z narušení toků plynného vodíku obíhajícího v disku způsobeném zavedením kovů.
Satelit NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite se připravuje na start C NASA
Ale zatímco chemie hvězd nám může říctpravděpodobnostže tam jsou planety – může nám chemie říct, že tam exoplanety JSOU!? Existuje klíčový chemický otisk, kterým by nám hvězda mohla říct dunivým hvězdným hlasem: „Ano, jsem hostitelem planet! Hle, mé děti!'
Dosavadní výzkum SAAAYYYYYSS……ne. Vím. Tak trochu antiklimatika.
ALE stále je naděje. Minulý týden zveřejnil měsíčník Královské astronomické společnosti Monthly Notices of the Royal Astronomical Society studie Národním centrem kompetence ve výzkumu PlanetS. NCCR PlanetS zkoumala 84 hvězd pozorovaných sondou 10M Keckův dalekohled na Havaji. Tým výzkumníků se snažil zjistit, zda formování planet zanechává na hvězdě unikátní chemické sdělení – maják, abychom věděli, že hvězda skutečně dala vzniknout planetám – ale jedinečný indikátor se nepodařilo najít. Porovnáním 16 hvězd s planetami a 68 bez nich tým zjistil, že planety obíhají kolem chemicky odlišných hvězd. Ale zjištění jsou stále užitečná. Tým vydal varování, že vzhledem k převaze objevů planet má většina hvězd ve studii „pravděpodobně planety“ (str. 8/3698 studie), které ještě nebyly nalezeny. Studie tedy nemusí být zcela přesná. Tento výzkum by však mohl přinést budoucí objevy toho, jaký DRUH planet, pokud jde o velikost nebo složení, se tvoří kolem hvězdy s určitým chemickým podpisem, zejména pokud / když jsou planety objeveny kolem více hvězd použitých ve studii. Takže i když možná nebudeme schopni vědět, zda planety existují kvůli chemii hvězdy, v budoucnu možná budeme schopni s větší přesností odvodit, jaké typy exoplanet obíhají kolem hvězdy při určité metalicitě. Například víme, že hvězdy bohaté na kovy v průměru dávají vzniknout více planetám – možná typy a množství každého kovu vedou k určitému uspořádání sluneční soustavy nebo množství pozemských a plynných obrů nebo zda jsou planety obyvatelný. Je potřeba další výzkum.
Mezitím pokračujeme v hledání planet pomocí tranzitů. TESS splnila své hlavní poslání , zobrazující 75 % oblohy v rámci dvouletého průzkumu, právě letos 20. srpnačt. Zatím nevíme, jaké objevy budou nalezeny v datech, včetně možná nových způsobů, jak porozumět vztahům mezi hostitelskou hvězdou a jejími planetami. Cokoli najdeme, bude jistě informovat obě budoucí mise na lov planet a také poskytne inspiraci pro fiktivní příběhy, které se odvážně vydávají do podivných nových světů, které náš výzkum objevil. Zapojte se!
Další čtení:
Zpráva NCCR PlanetS http://nccr-planets.ch/blog/2020/08/17/stars-with-planets-show-no-special-fingerprint
„Odhalení univerzální korelace planety a metalality pro planety různých velikostí kolem hvězdy slunečního typu (Astronomical Journal) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/149/1/14
„První planety: Kritická metalicita pro vznik planet“ – Johnson a Li (2012) https://arxiv.org/abs/1203.4817
„Když Stellar Metallicity zažehne formování planet“ – Časopis astrobiologie
'Vytvářejí hvězdy bohaté na kovy planety bohaté na kovy?' Nové pohledy na formování obřích planet z hostitelských hvězdných hojností – Johanna K. Teske, Daniel Thorngren, Jonathan J. Fortney, Natalie Hinkel, John M. Brewer 2019 https://arxiv.org/abs/1912.00255
