Jak se vyvíjejí mladé planety?

Jaký osud čeká na mladé planety, které krouží kolem hvězd, podobných Slunci? Vědci objevili v našem vesmírném sousedství hvězdu, která nabízí další střípek do mozaiky našich znalostí. (délka blogu 4 min.)

V několika prvních stech milionech roků procházejí planetární systémy různými napínavými změnami. Nejprve se v nich formují planetesimály, které se mohou vzájemně srážet a vytvářet větší planety. Ty pak mění své parametry, v jejich nitru probíhá diferenciace - tedy oddělení jádra od pláště planety. Na povrchu planet probíhají neméně drastické změny. Některé z nich ztrácejí své původní atmosféry a mohou dokonce dostat novou (sekundární) atmosféru s úplně jiným složením - tak jako tomu bylo například u Země. 

Planetární systémy, které se nacházejí nedaleko jiných hvězd, mohou navíc zažívat různé interakce s blízkými vesmírnými sousedy. Pozorování mladých planetárních systémů je tedy velice napínavé. To vysvětluje, proč jsou vědci nadšeni z objevu každého dalšího takového systému. 

I když už známe více než 5000 různých exoplanet, těch opravdu mladých je v katalozích jen zhruba 50. Přitom pod slovem “mladý” chápeme dobu, která odpovídá zhruba 500 milionům roků. 

Hvězda HD 63433

HD 63433 je dobře prostudovanou hvězdou, protože se jedná o poměrně jasný exemplář (její magnituda na našem nebi má hodnotu 6,9). Je podobná Slunci - má spektrální typ G5V. Také ostatní její vlastnosti se nápadně podobají slunečním parametrům. Má například hmotnost 0,99 ± 0,03 hmotnosti Slunce. 

Vzhledem ke svému mládí se od Slunce ale některé její vlastnosti také liší. Vykazuje kratší dobu rotace (6,4 ± 0,6 dne) a emituje silnější rentgenové záření, což je u mladé hvězdy tohoto typu normální. 

Také planetární systém hvězdy HD 63433 je často předmětem různých studií. 

Nejmenší a nejbližší mladá planeta

V systému byly donedávna známy dvě tranzitující planety s názvy HD 63433b a HD 63433c. Obě se podobají našemu Neptunu a jsou známy od roku 2020. 

Nyní astronomové ovšem objevili mladou kamennou planetu velikosti Země, která obíhá svou hvězdu daleko těsněji než ony. Stala se tak zajímavým příkladem pro vývoj planetárních atmosfér mladých planet v systémech, které jsou podobné našemu vlastnímu.

Ukázalo se, že se planeta, která dostala jméno HD 63433d, nejspíš musí nacházet v tzv. vázané rotaci. Její poloměr by se měl podobat poloměru Země. Svou hvězdu obíhá velice rychle - jednou za 4,209075 pozemského dne. Tuto hodnotu umějí astronomové určit velice přesně - s chybou zhruba 1 sekundy. Má také malou excentricitu oběhu - její dráha je tedy prakticky kruhová. 

Pokud by na planetě měla existovat rovnovážná teplota, odpovídala by 1040 ± 40 K.

Pokud se u planety HD 63433d skutečně jedná o skalnatou planetu, neměla by mít žádnou hustou atmosféru, která by mohla teplo z hvězdě přilehlé strany převádět na odlehlou stranu. U planety s vázanou rotací (která je v tomto případě velice pravděpodobná) by to mělo za následek jeden zajímavý fakt. 

Denní teplota, tedy teplota na horké straně planety HD 63433d, by měla při její vzdálenosti ke hvězdě dosahovat přibližně 1530 K. To znamená, že by byl její povrch roztavený a dosahoval by teploty magmatu, který vyvrhují pozemské sopky. Denní strana této planety je tedy nejspíše pokrytá rozsáhlým oceánem tekutého magmatu. 

Vlastnosti HD 63433d

Předpoklad, že tato mladá planeta vykazuje vázanou rotaci a ke své hvězdě přiklání stále stejnou polokouli, je oprávněný. V systémech podobného typu nastává vázaná rotace během tisíců až desetitisíců roků - tedy mnohem rychleji, než je odhadované stáří systému. 

Vědci provedli různé počítačové simulace a průzkumy. Pokud by například měla mít sousední sesterská planeta  HD 63433b původní atmosféru, která se obyčejně skládá z vodíku a hélia, muselo by se to už dávno zjistit. Na základě pozorování se ale zdá, že svou atmosféru už ztratila. 

Ve srovnání s ní dostává planeta HD 63433d od centrální hvězdy dokonce dvojnásobné množství energie a záření - je totiž daleko blíže. Vzhledem k tomu, že zároveň není těžší než její planetární sestra, je více než pravděpodobné, že i ona svou prapůvodní atmosféru ztratila. 

Zatím není úplně jasné, které fyzikální procesy jsou pro ztrátu atmosféry rozhodující a jak rychle taková ztráta u mladých kamenných planet probíhá.

V úvahu přicházejí ztráty díky silnému UV záření mladých hvězd, které může atmosféru planety doslovat odfouknout. Ztráta atmosféry může ale nastat také díky horkému jádru planety, které produkuje tepelné záření a to zahřívá molekuly plynů a dodává jim potřebnou rychlost, aby opustily gravitační pole planety. 

Vědci doufají, že díky objevům různých velice mladých exoplanet budou moci určit, které jevy převládají. Budoucí pozorování pomocí vesmírného teleskopu Jamese Webba by mohla přinést další nové poznatky. Situace tedy zůstává i nadále napínavá a my se můžeme těšit na další zajímavé objevy. 

align="justify"Zdroje:doi: 10,3847 / 1538-3881 / ad1039,https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ad1039#ajad1039s6