Dve exoplanéty okolo zákrytovej dvojhviezdy HW Vir

Kórejskí astronómovia uverejnili článok o objave dvoch exoplanét obiehajúcich okolo dvojhviezdy HW Virginis (skr. HW Vir, Virgo = Panna). Planéty obiehajú okolo oboch zložiek dvojhviezdy na vzdialenej dráhe. Boli objavené analýzou dlhodobého tzv. O-C diagramu, t. j. zo zmien orbitálnej periódy dvojhviezdy v centre tohto unikátneho planetárneho systému. HW Virginis je tesná dvojhviezda zložená z primárnej zložky – horúceho podtrpaslíka spektrálneho typu B a červeného trpaslíka spektrálneho typu M6 (sekundárna zložka). Vzhľadom k tomu, že obidve zložky sú málo hmotné hviezdy a obiehajú okolo spoločného ťažiska po veľmi tesnej dráhe, je ich obežná doba veľmi krátka – len 2,8 hodiny. Naviac táto dráha leží v rovine nášho zorného lúča, takže sa tieto hviezdy pri svojom orbitálnom pohybe vzájomne zakrývajú a dochádza tak ku zmenám jasnosti tejto sústavy – odtiaľ pomenovanie takýchto sústav – zákrytová dvojhviezda. Fázová svetelná krivka je ukázaná na obrázku. Sú na nej vidieť ostré minimá naznačujúce sférický tvar oboch hviezd a výrazný efekt odrazu svetla primárnej horúcej hviezdy od sekundárnej chladnej zložky. Týmto efektom sa vysvetľuje nárast jasnosti v čase mimo zákryt s najvyššou hodnotou okolo sekundárneho minima. HW Vir je známa ako učebnicový prípad tohto javu, ktorý je najvýraznejší pre tesné dvojhviezdy s výrazným rozdielom svietivostí zložiek. Čo je najzaujímavejšie na tomto objave je spôsob detekcie dvoch exoplanét. Bola použitá štandardná metóda štúdia orbitálnej periódy zákrytových dvojhviezd – rozbor O-C diagramu (z angl O – observed a C – computed, teda pozorovaný a vypočítaný). Od objavu systému v roku 1984 boli získavané svetelné krivky zákrytov sústavy a z nich boli určované tzv. okamihy minima. Dve po sebe nasledujúce minimá jasnosti sú oddelené presne dĺžkou periódy. Pokiaľ sa pozorovaná vzdialenosť miním bude nejako meniť, znamená to, že sa mení skutočná či zdanlivá orbitálna perióda. Autorom sa podarilo priebeh O-C diagramu rozkódovať troma vplyvmi – jedným reálnym a dvoma zdanlivými (ktoré sú dôkazom prítomnosti exoplanét v systéme). Čiarkovane je na hornom O-C diagrame naznačený parabolický priebeh priemernej hodnoty O-C. Tento priebeh je reálna zmena periódy – perióda sa neustále pomaly predlžuje. Je to spôsobené stratou momentu hybnosti sústavy vplyvom brzdenia rotácie sekundárnej zložky. Jej rotácia je brzdená silným magnetickým poľom, ktoré je typické pre chladné hviezdy s rozsiahlymi konvektívnymi vrstvami pod povrchom. A pretože takýto tesný dvojhviezdny systém má viazanú rotáciu, dochádza k pomalému predlžovaniu orbitálnej periódy. Zelenou čiarou je naznačený modelový priebeh pre súčet dvoch sínusoíd – zdanlivých zmien periódy spôsobených vychyľovaním ťažiska zákrytovej dvojhviezdy dvoma obiehajúci telesami – planétami. Jedná sa o takzvaný Light-Time-Efect (LTE). Ten vzniká v situácii, keď sa vzdialenosť medzi pozorovateľom a zákrytovou sústavou mení. Pretože sa svetlo šíri konečnou rýchlosťou, zdá sa nám, že raz vidíme zákryt skôr a inokedy neskôr oproti predpovedi. Tento jav (sínusoidálny priebeh O-C diagramu) je pozorovaný u mnohých zákrytových dvojhviezd a hľadajú sa pomocou neho tretie telesá v systéme – hviezdy. Výhodou je, že z amplitúdy sínusoidy v O-C diagrame sa dá určiť s veľkou presnosťou hmotnosť tretieho telesa v systéme. A práve týmto spôsobom určili Lee so spolupracovníkmi hmotnosti planét v sústave HW Vir na 19,2 MJup (hmotností Jupitera) a 8,5 MJup. Je to však spodná hranica hmotnosti – platí pre prípad, že obe planéty obiehajú okolo dvojhviezdy v jej orbitálnej rovine. To sa však dá podľa rôznych teórií vývoja dráh planét v dvojhviezdnych systémoch predpokladať. Perióda obehu hmotnejšej planéty je 15,8 roka a perióda obehu druhej je 9,1 roka. Semiamplitúdy sínusoíd v O-C diagrame sú 77 sekúnd a 23 sekúnd. Také veľké výkyvy v orbitálnej perióde zákrytovej dvojhviezdy HW Virginis spôsobujú jej dve planéty označené HW Vir - c a HW Vir - d (hviezdy majú označenie: HW Vir A je primárna a HW Vir B sekundárna zložka dvojhviezdy). Pre porovnanie s našou Slnečnou sústavou ešte dodajme vzdialenosti oboch planét od ťažiska dvojhviezdy: hmotnejšia planéta obieha približne vo vzdialenosti Jupitera - 5,3 AU (Jupiter 5,2 AU) a menej hmotná vo vzdialenosti nášho hlavného pásu asteroidov - 3,6 AU. Touto prácou sa otvára celkom nové okno do sveta exoplanét, okno, ktoré dobre poznajú astronómovia z oblasti zákrytových dvojhviezd - štúdium O-C diagramov. Aby bola táto metóda účinná aj v prípade exoplanét, je potrebné zamerať sa predovšetkým na oblasť málo hmotných sústav s krátkou periódou obehu. U týchto sústav je nutné vykonávať presné merania okamihov miním, ktoré by mohli odhaliť prípadných planetárnych sprievodcov.