První spektrum chladné exoplanety u bílého trpaslíka

Vědci poprvé získali detailní spektrum atmosféry chladné exoplanety obíhající bílého trpaslíka. Objev byl publikovaný v březnu 2025. Jak vypadá situace na exoplanetě, obíhající hvězdu na konci jejího hvězdného života?

Exoplanety obíhající kolem bílých trpaslíků jsou zvláštní kategorií planetárních objektů. Většina známých exoplanet se nachází u hvězd hlavní posloupnosti, přesto víme, že existují i případy, kdy planety přežijí zánik své mateřské hvězdy.

V nové studii, která byla nedávno zveřejněna na serveru arXiv, se vědci zaměřili na planetu WD 0806-661 b – chladného plynného obra obíhajícího bílého trpaslíka WD 0806-661. Pomocí Vesmírného teleskopu Jamese Webba (JWST) byla vůbec poprvé detailně analyzována atmosféra takového objektu.

Centrální hvězda systému

WD 0806−661 je bílý trpaslík spektrálního typu DQ. Jeho stáří se odhaduje na 1,5–2,7 miliardy roků. Před přechodem do stádia bílého trpaslíka byla tato hvězda pravděpodobně typu A s hmotností kolem 2,1 hmotností Slunce. WD 0806−661 se nachází ve vzdálenosti přibližně 62,7 světelných roků na našem nebi ho najdete v souhvězdí Létající ryby.

Hvězdy spektrální třídy A

… mají teplotu 7 500 K - 11 000 K a naše oči je vnímají jako modrobílé. Mají zhruba 20x vyšší zářivý výkon než naše Slunce. Žijí kolem jedné miliardy roků (hmotnější hvězdy mají kratší aktivní život). Hvězdy tohoto typu tvoří 0,7 procent všech hvězd.

WD 0806−661 b

… je planetární objekt obíhající kolem výše zmiňovaného bílého trpaslíka WD 0806−661.

Objeven byl už v roce 2011 - a to pomocí Spitzerova vesmírného teleskopu. Jeho hmotnost se odhaduje mezi 7 a 9 hmotnostmi Jupitera, což ho řadí mezi obří planety, plynné obry. Povrchová teplota se pohybuje mezi 325 a 350 K (52–77 °C) - a to je výjimečné, je to jeden z nejchladnějších známých objektů podobného typu.

Nachází se ve vzdálenosti přibližně 2 500 astronomických jednotek od své centrální hvězdy.

Vlastnosti planety

Poprvé v historii teď máme možnost studovat složení atmosféry chladné exoplanety obíhající bílého trpaslíka. Vědci pozorovali WD 0806-661 b pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST), konkrétně přístroji MIRI-LRS a MIRI Imager.
V jeho spektru byly detekovány molekuly vody, amoniaku a metanu. Z měření se dají také odvodit základní poměry jednotlivých chemických prvků. Vědci zjistili, že uhlík a kyslík jsou například v této atmosféře zastoupeny v poměru 0,34 ± 0,06, uhlík a dusík 14,4 +2,5/−1,8, zatímco poměr dusíku a kyslíku je 0,023 ± 0,004. Z toho se dají odvodit různé vlastnosti atmosféry.

Znamená to, že vědci pozorovali daleko vyšší koncentraci amoniaku, než je běžné u plynných obrů. NH₃ se normálně drží v hlubších vrstvách atmosféry, zatímco v horních vrstvách se dá objevit spíše vodní pára a metan. Zde je ovšem amoniak přítomen v nečekaně velkém množství právě v horních vrstvách atmosféry. To naznačuje, že má tato atmosféra neobvyklé chemické složení nebo tu panuje silné atmosférické proudění, které mohlo přenést amoniak do míst, kde se běžně nemá vyskytovat.

Při teplotě kolem 400 K by měla být v atmosféře přítomna také vrstva vodních mraků - ty ale nebyly pozorovány. To by pak mohlo znamenat, že atmosféra WD 0806-661 b obsahuje méně kondenzačních jader (pokud je jich v atmosféře málo, k tvorbě mraků nedojde) nebo se tu projevují další jevy, které brání tvorbě mraků. Jedním z nich by mohlo být už zmiňované atmosférické proudění. Konvekce v atmosféře může způsobit, že se vlhký vzduch nedostane do výšek, kde by se mohla voda srážet do kapek.

Každopádně je jasné, že se atmosféra této exoplanety liší od atmosféry plynných obrů v naší vlastní soustavě.

To by mohlo znamenat, že WD 0806-661 b možná nevznikl jako běžná exoplaneta, ale spíše jako velice malý hnědý trpaslík.

Kromě toho se ukázalo, že nesouhlasí poměr mezi hmotností a stářím planety. Předchozí odhady hmotnosti se pohybovaly kolem 7–9 hmotností Jupitera. Nová analýza naznačuje, že hmotnost může být nižší, než se dříve předpokládalo, a pohybuje se spíše u dolní hranice tohoto intervalu. Pokud bychom použili standardní modely chladných plynných obrů, pak by planetě s teplotou kolem 400 K odpovídalo vyšší stáří (několik miliard roků).

Pokud se ukáže, že planeta je méně hmotná, než se předpokládalo, může to znamenat, že vznikla jiným způsobem než běžné exoplanety. Je pak pravděpodobnější, že je tato exoplaneta spíše původně malým hnědým trpaslíkem, který vznikl kolapsem plynného mračna, a ne akrecí prachu a plynu kolem hvězdy.

Vědci budou sledovat tento zajímavý systém i v budoucnu a my se můžeme těšit na další zajímavé objevy.

^{Zdroj: Odkaz, https://science.nasa.gov/exoplanet-catalog/wd-0806-661-b/, NASA}