Pár superzemí s oceánom

Tím vedcov z University of Montreal (Kanada) našiel dôkazy toho, že dve exoplanéty obiehajúce okolo červenej trpasličej hviezdy sú tzv. "vodné svety", kde voda tvorí veľkú časť celej planéty. Tieto planéty sa nachádzajú v planetárnom systéme v súhvezdí Lýry asi 218 svetelných rokov ďaleko a nepodobajú sa na žiadnu z planét našej slnečnej sústavy. Skupina vedená Caroline Piaulet(ovou) z Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) na University of Montreal publikovala podrobnú štúdiu o tomto planetárnom systéme známom ako Kepler-138 v časopise Nature Astronomy. Piauletová s kolegami pozorovala exoplanéty Kepler-138 c a Kepler-138 d pomocou ďalekohľadov NASA: Hubbleovho kozmického ďalekohľadu (HST) a Spitzerovho kozmického ďalekohľadu a objavili, že tieto planéty by mali byť zložené z veľkej časti z vody. Menované dve exoplanéty a menšia planéta nachádzajúca sa ešte bližšie k materskej hviezde označená ako Kepler-138 b boli objavené už dávnejšie pomocou Keplerovho kozmického teleskopu (tiež patriacemu NASA).

Nová štúdia našla taktiež ešte dôkaz o existencii štvrtej planéty. Voda nebola u planét Kepler-138 c a d priamo zistená, ale porovnaním veľkostí a hmotností týchto planét s modelmi astronómovia tvrdia, že značnú časť ich objemu (zhruba polovicu) by mal tvoriť materiál ľahší ako horniny, ale ťažší ako vodík alebo hélium, ktoré tvoria väčšinu objemu našich obrích plynných planét ako je Jupiter. Najbežnejším kandidátom na materiál vnútra týchto exoplanét je voda. "Predtým sme si mysleli, že planéty, ktoré sú o trocha väčšie než Zem sú veľké gule z kovu a hornín, podobne ako zväčšené verzie našej Zeme a preto sme ich nazvali super-Zeme," vysvetľuje Björn Benneke, spoluautor štúdie a profesor astrofyziky na University of Montreal. "Avšak teraz sme ukázali, že tieto dve planéty, Kepler-138 c and d, sú vo svojej podstate značne odlišné a že veľkú časť ich objemu pravdepodobne tvorí voda. Je to doteraz najlepší dôkaz existencie "vodných svetov", typu planét, ktorého existencia bola teoreticky predpovedaná astronómami už dávno." S objemami viac než 3-krát väčšími než objem Zeme a s hmotnosťami dvakrát takými ako má Zem, majú planéty "c" a "d" oveľa nižšie stredné hustoty než naša Zem. To je prekvapujúce, pretože väčšina planét len trocha väčších než Zem a ktoré boli doteraz podrobne študované, sa zdali byť skalnatými svetmi podobnými tomu nášmu. Najbližšia planéta ku hviezde, ako hovoria výskumníci, by mala byť niečo také ako ľadové mesiace vo vonkajšej oblasti slnečnej sústavy, ktoré sú taktiež väčšinou zložené z vody (ľadu) obkolesujúcou skalnaté jadro.

"Predstavte si väčšiu verziu Europy, alebo Enceladusa, mesiacov bohatých na vodu a obiehajúcich okolo Jupitera, respektíve Saturna, ale nachádzajúcich sa oveľa bližšie ku svojej materskej hviezde," vysvetľuje Piauletová. Namiesto ľadu na povrchu by mali mať rozsiahle atmosféry z vodnej pary. Vedci upozorňujú, že planéty nemusia mať oceány podobné pozemským priamo na svojom povrchu. "Teplota v atmosfére planéty Kepler-138 d je pravdepodobne nad bodom varu vody a očakávame, že hrubá a hustá atmosféra na tejto exoplanéte je tvorená vodnou parou. Až pod touto "parnou" atmosférou by potenciálne mohla byť pri vysokom tlaku kvapalná voda, alebo dokonca voda ešte v inej fáze, ktorá vzniká pri vysokých tlakoch, nazývaná superkritická kvapalina," hovorí Piauletová. Ak sa vrátime trocha do histórie objavu tohto systému, pripomeňme si, že v roku 2014 umožnili astronómom údaje z Keplerovho kozmického ďalekohľadu oznámiť detekciu troch planét obiehajúcich okolo hviezdy Kepler-138. Bolo to založené na meraní poklesu jasnosti hviezdy pri prechode planéty popred ňu. Benneke a jeho kolegyňa Diana Dragomirová (University of New Mexico, USA) prišli s myšlienkou nových pozorovaní tohto planetárneho systému pomocou Hubblovho a Spitzerovho kozmického ďalekohľadu medzi rokmi 2014 až 2016, aby zachytili viac prechodov planéty Kepler-138 d, tretej planéty v tomto systéme a aby mohli študovať aj jej atmosféru. Tieto dva pravdepodobné vodné svety, Kepler-138 c a Kepler-138 d, sa nenachádzajú v obývateľnej zóne, teda v oblasti okolo hviezdy, kde teplota umožňuje existenciu kvapalnej vody na povrchu skalnatej exoplanéty.

Ale v údajoch z "Hubbla" a "Spitzera" našli dodatočne vedci  dôkaz ďalšej planéty v tomto systéme - planétu Kepler-138 e - a to v obývateľnej zóne. Táto novoobjavená exoplanéta je malá a nachádza sa ďalej od centrálnej hviezdy než zvyšné tri, pričom jej jeden obeh trvá 38 dní. Vlastnosti tejto planéty však ostávajú otvorenou otázkou, pretože sa nepozorovali jej prechody popred disk hviezdy. Keby sa prechody dali pozorovať, umožnili by totiž astronómom určiť jej veľkosť. Po objave planéty Kepler-138 e astronómovia znova určili hmotnosti predchádzajúcich troch známych planéty pomocou metódy zmeny času prechodu popred hviezdu (transit timing-variation method), ktorá spočíva v meraní malých zmien v presných momentoch tranzitov planéty popred diskom hviezdy zapríčinených gravitačným pôsobením ostatných planét. Vedci takto odhalili ďalšie prekvapenie: zistili, že dva vodné svety Kepler-138 c a d sú planéty "dvojčatá", s prakticky rovnakými rozmermi a hmotnosťami, pričom predtým sa uvažovalo o tom, že tieto planéty sú v tomto ohľade značne odlišné. Bližšia planéta ku svojej hviezde, Kepler-138 b, je na druhej strane malá, hmotnosťou podobná Marsu, jedna z najmenších známych exoplanét vôbec. "Tak, ako sa budú zlepšovať naše prístroje a metódy na objavovanie a štúdium planét, ktoré sú ďalej od svojich materských hviezd, budeme môcť zistiť o týchto vodných svetoch oveľa viac informácií," uzatvára Björn Benneke.  

Publikované v časopise QUARK 3/2023, RNDr. Zdeněk Komárek

Ilustračný obrázok: Umelecká predstava planetárneho systému Kepler-138

Zdroj obrázka: https://hubblesite.org