Na stopě exoplanet u Alfa Centauri

Petr Kubala  |  Vesmír

Astronomové se snaží nalézt exoplanety u nejbližšího hvězdného systému Alfa Centauri.

Systém Alfa Centauri v poslední době významně propagoval film Avatar, který se odehrává na hypotetickém měsíci planety v systému Alfa Centauri. Veřejnosti je tento hvězdný systém znám zejména díky jejímu třetímu členovi – hvězdě Proxima Centauri. Její název nám vtloukali do hlavy už na základní škole, jelikož se jedná o nejbližší hvězdu hned po Slunci.

Alfa Centauri

Trojhvězda Alfa Centauri se nachází v souhvězdí Kentaura na jižní obloze. Řecké písmeno alfa značí, že se jedná o nejjasnější hvězdu v daném souhvězdí. Centauri je pak druhý pád latinského názvu souhvězdí Kentaur. Často se také můžeme setkat s označením Alfa Centauri AB, kde písmena A a B označují dvě největší hvězdy v systému (Proxima Centauri je Alfa Centauri C).

Hvězdy A a B obíhají okolo společného těžiště s periodou asi 80 let po velmi protáhlé eliptické dráze. Vzdálenost mezi nimi se mění od 11,5 po 36,3 AU (násobků vzdálenosti Země od Slunce). Minimum odpovídá vzdálenosti Saturnu od Slunce, maximum vzdálenosti Neptunu od Slunce. V květnu 1995 byla dosažena největší vzdálenost obou hvězd, nejmenší vzdálenost nás čeká v květnu 2035.

Systém Alfa Centauri

Alfa Centauri A

  • Hmotnost: 1,1 Ms
  • Poloměr: 1,2 Rs
  • Zářivost 1,52 LS

Alfa Centauri B

  • Hmotnost: 0,9 Ms
  • Poloměr: 0,86 Rs
  • Zářivost 0,5 LS

Alfa Centauri C

  • Hmotnost: 0,123 Ms
  • Poloměr: 0,141 Rs
  • Zářivost 0,0017 LS

Ms, Rs, Ls – v násobcích Slunce

Pokud bychom se podívali na Alfa Centauri pouhým okem, uviděli bychom jednu jasnou hvězdu. Obě složky lze rozlišit použitím alespoň menšího dalekohledu.

Součástí systému je ještě zmíněná Proxima Centauri. Jedná se o červeného trpaslíka s hmotnosti 0,12 Slunce. Jeho vzdálenost od obou hvězd je přibližně 15 000 AU. Kdybychom u Proxima Centauri zakotvili kosmickou lodí, světlo od Alfa Centauri AB by k nám letělo více než dva a půl měsíce.

Tato velká vzdálenost v minulosti vyvolala diskuse, zda je Proxima Centauri skutečně gravitačně vázána s Alfa Centauri nebo či se jedná jen o náhodné uskupení, které letí společně kosmickým prostorem.

Proxima Centauri je vzdálena 4,22 světelných let od nás, Alfa Centauri AB je nepatrně dál – 4,39 světelných let.

Alfa Centauri při pohledu metrovým dalekohledem. Proxima Centauri je sice po Slunci nejbližší hvězdou, ale na pozemské obloze je jen jednou z mnoha slabých hvězd. Credit: ESO
Alfa Centauri při pohledu metrovým dalekohledem. Proxima Centauri je sice po Slunci nejbližší hvězdou, ale na pozemské obloze je jen jednou z mnoha slabých hvězd. Credit: ESO

Hledání exoplanet u Alfa Centauri. Má to smysl?

V roce 1995 byla objevena první planeta mimo Sluneční soustavu. Dnes podobných planet známe stovky. K jejich hledání se využívá řada metod, z nich dvě jsou odpovědné za většinu objevů.

Metoda měření radiálních rychlostí využívá gravitačního vlivu na mateřskou hvězdu, tranzitní metoda zase loví planety v okamžiku, kdy přechází před hvězdou a způsobují tak pokles její jasnosti. Obě metody nejsou v teoretické rovině závislé na vzdálenosti hvězdy, prakticky ovšem ano. Pokud chcete měřit radiální rychlosti, potřebujete kvalitní spektrum hvězdy a to získáte jen tehdy, když máte „dost světla“ z ní. Vzhledem k tomu, že jasnost hvězdy se vzdáleností klesá, je tato metoda použitelná jen na blízké hvězdy.

Podobná situace je u tranzitní metody, kde se obvykle používají širokoúhlé kamery, které sice dokážou sledovat tisíce hvězd současně, ale jen ty relativně jasné.

Je ovšem otázkou, zda má nějaký hlubší význam upřednostňovat ty úplně nejbližší hvězdy. Častým protiargumentem v internetových diskusích je fakt, že nám může být jedno, zda se případná planeta nachází 5, 10 nebo 100 světelných let od nás, když současnou technikou nedokážeme doletět ani na Mars. Jenomže v tomto případě nejde o sci-fi teorie o mezihvězdných letech, ale spíše o budoucí výzkum. V dohledné době budeme mít k dispozici techniku, díky které dokážeme pozorovat i menší exoplanety přímo. Vzdálenost od nás pak bude jedním z klíčových faktorů.

Druhým úhlem pohledu je prestiž. Také astronomové jsou lidé s egem a především: výzkum exoplanet je poměrně nákladnou záležitostí. K měření radiálních rychlostí potřebujete špičkovou techniku, jejíž provoz vyjde na tisíce až desítky tisíc za jednu noc. Objev planety u nejbližšího hvězdného systému by byl jistě velmi sladkou odměnou a nejen motivační, ale také finanční vzpruhou do budoucna.

Inspirace odjinud

Je ovšem otázkou, zda v případě Alfa Centauri má vůbec smysl nějaké planety hledat. Pokud máme jednu hvězdu, je to stabilní předpoklad pro existenci exoplanety. V případě trojhvězdy už ale musíme provést komplikované simulace, které nám poví, zda je tento systém vůbec stabilní pro existenci planety. Gravitační interakce mohou být takové, že by to vznik planety buď přímo znemožnilo, nebo to planetu po jejím vzniku vystřelilo ze systému ven.

Trojhvězdy jsou z hlediska simulace mnohdy velmi podobné dvojhvězdám. Onen třetí člen se totiž může nacházet velmi daleko od zbývajících dvou. Alfa Centauri je právě takovýmto příkladem – dokonce až extrémním, protože Proxima Centauri je opravdu hodně daleko. Teoreticky zde tak můžeme mít dva modely: v prvním případě se může nacházet planeta někde u dvojhvězdy (Alfa Centauri AB), ve druhém u osamoceného člena (Proxima Centauri).

V případě dvojhvězd nacházíme exoplanety běžně a to u obou myslitelných konfigurací. Takzvaný planetární typ znamená, že exoplaneta obíhá okolo dvou hvězd současně. Do tohoto typu spadají například systémy Kepler-16, Kepler-34 a Kepler-35. Jako satelitní rozlišujeme případ, kdy exoplaneta obíhá jen okolo jedné ze dvou hvězd.

Pokud bychom se zaměřili na opravdové trojhvězdy, pak i zde máme konkrétní objevy. Dobrým příkladem je například trojhvězda GJ 667, u které byla dokonce nedávno objevena potencionálně obyvatelná exoplaneta GJ 667 C c.

Exoplaneta u dvojhvězdy. V tomto případě Kepler-35 b. Planeta je na obrázku dole. Credit: Lynette Cook (extrasolar.spaceart.org), NASA
Exoplaneta u dvojhvězdy. V tomto případě Kepler-35 b. Planeta je na obrázku dole. Credit: Lynette Cook (extrasolar.spaceart.org), NASA

Všechno souvisí se vším

Už jsme naznačili, že není zcela jisté, zda Proxima Centauri je skutečně regulérní součástí systému Alfa Centauri, i když výzkumy z posledních let ukazují, že s největší pravděpodobností ano. Na tomto předpokladu přitom pevně stojí další argumentace pro existenci planet v tomto systému.

Uskupení Alfa Centauri A, B a C je takovou malou vesmírnou symbiózou. Pokud se totiž jedná o trojhvězdu, pak všechny tři hvězdy vznikly ze stejného molekulárního mračna, mají stejné stáří a stejnou metalicitu. Stáří trojhvězdy Alfa Centauri bude patrně vyšší než v případě našeho Slunce. Uvádí se až 6,5 miliard let. Pod pojmem metalicita si můžeme představit množství prvků těžších než vodík a hélium, které astronomové označují obecně jako kovy. Byl prokázán vztah mezi metalicitou hvězdy a přítomností planet (zejména těch kamenných). Je to logické, protože metalicita hvězdy je jakýmsi dokladem o tom, z čeho se skládal oblak plynu a prachu, ze kterého vznikla nejen hvězda, ale také případné planety. Z vodíku a hélia žádnou planetu neuplácáte, k tomu jsou potřeba právě ony kovy.

Metalicita Alfa Centauri AB je podle všeho dokonce větší než v případě Slunce. Podle odhadů tyto hvězdy obsahují až 150% kovů jako naše mateřská hvězda. Pro možnost existence planet tedy velmi dobrá zpráva.

Jenomže tyto výsledky z čistě observačního hlediska platí pouze pro Alfa Centauri AB. V případě Proxima Centauri je situace složitější. U červených trpaslíků se metalicita určuje velmi špatně. Pokud je ovšem Proxima Centauri součástí trojhvězdy, pak musí mít metalicitu stejnou jako Alfa Centauri AB, takže s planetami můžeme počítat i u ní.

Z druhého úhlu pohledu: konfigurace Alfa Centauri AB nedává úplně dobré vyhlídky na přítomnost například vody na případných planetách zemského typu. Obě hvězdy se k sobě dostávají poměrně blízko, takže zejména led by musel v discích, ze kterých planety vznikají, vymizet.

Pravděpodobnost ovšem zvyšuje Proxima Centauri, která by mohla narušit kometární oblaka u těchto hvězd a poslat mnoho kometárních jader, obsahujících vodu, do systému Alfa Centauri AB.

Kresba: pohled na oblohu z hypotetické planety u Alfa Centauri A. Zdroj: Wikipedia
Kresba: pohled na oblohu z hypotetické planety u Alfa Centauri A. Zdroj: Wikipedia

Hledání exoplanet

Asi není potřeba připomínat, že dosavadní hledání exoplanet u Alfa Centauri bylo neúspěšné. To ovšem ani zdaleka nemusí nic znamenat. Naše technika nemusí totiž na objev planet ani u nejbližšího hvězdného systému stačit.

Když si rozebereme dostupné metody detekce exoplanet, pak dvě můžeme prakticky hned vyloučit. Tou první je přímé zobrazení. Je pravdou, že jsme sice již našli řadu planet přímým zobrazením, ale děje se tak vždy jen u obřích planet s hmotnosti v řádu několika Jupiterů a navíc u mladých systémů, kde jsou planety ještě poměrně horké a tak snadno odhalitelné zejména v oblasti infračerveného záření.

Druhou metodou, o které jsme již hovořili, je tranzitní fotometrie. Museli bychom však mít extrémně vysoké štěstí, aby oběžná rovina planety směřovala k nám. K tomuto štěstí dokonce ani nemáme předpoklady, protože rovina rovníku Alfa Centauri AB je skloněna vůči nám asi o 11°.

Rovina oběžné dráhy případné planety by měla být zhruba stejná – planety totiž vznikají z disku, takže obíhají zhruba v rovině, která je shodná s rovinou rovníku hvězdy. Je sice pravdou, že řada dosud objevených exoplanet tuto podmínku nectí, ale že by dráha planety u Alfa Centauri shodou okolností směřovala zrovna k nám, je velmi nepravděpodobné.

Zbývá nám tak jen měření radiálních rychlostí a právě touto metodou se astronomové snaží planety u Alfa Centauri nalézt.

V případě Proximy Centauri je situace teoreticky nejjednodušší. Amplituda výchylky radiální rychlosti je totiž závislá nejen na hmotnosti planety a její oběžné dráze, ale také na hmotnosti mateřské hvězdy. Jednoduše řečeno: s méně hmotnou hvězdou bude planeta cloumat snáze a tudíž je i lépe odhalitelná.

V tuto chvíli můžeme prakticky vyloučit, že by okolo Proxima Centauri obíhala planeta o hmotnosti větší, než 2 až 3 Země v obyvatelné oblasti a planeta o hmotnosti Neptunu do vzdálenosti 1 AU, což odpovídá vzdálenosti Země od Slunce. Obyvatelná oblast se mimochodem u Proxima Centauri nachází ve vzdálenosti 0,022 až 0,054 AU, což odpovídá oběžné době 4 až 14 dní. Pokud by se nějaká planeta pohybovala uvnitř této oblasti a měla kamenný povrch, mohla by se na jejím povrchu nacházet voda v kapalném skupenství. Se životem už to ale může být horší. Na červené trpaslíky se jako na přístavy života astronomové dívají všelijak. Podle některých názorů nemusí být vhodné mimo jiné proto, že z počátku života obtěžují své okolí dávkami škodlivého záření. Proxima Centauri patří navíc mezi eruptivní proměnné hvězdy. V okamžiku erupce byste přitom blízko hvězdy asi být nechtěli.

V případě párečku Alfa Centauri AB je situace trochu horší z hlediska jejich hmotnosti (s ohledem na metodu měření radiálních rychlostí), na druhou stranu se ale vzhledem ke vzdálenosti jedná o poměrně jasné hvězdy, takže při měření spektra dosahují astronomové solidně nízkého šumu, což na kvalitě a přesnosti rozhodně přidá.

Observatoř Cerro Tololo v Chile. Zdroj: Hernán Stockebrand, Wikipedia
Observatoř Cerro Tololo v Chile. Zdroj: Hernán Stockebrand, Wikipedia

Počítačové simulace ukazují, že vhodnějším kandidátem na přítomnost planet je hvězda B. Stabilní dráha by se mohla nacházet zhruba stejně daleko, jako obíhá Země kolem Slunce. Obyvatelná oblast pro Alfa Centauri B je ovšem blíže – asi 0,7 AU s dobou oběhu 250 dní. Také zde by se mohly planety teoreticky nacházet.

Co zatím víme, je fakt, že okolo žádné z hvězd neobíhá na vnitřní dráze obří planeta jako Jupiter. To nám dodává trochu naděje, že bychom u některé z hvězd mohli v budoucnu nalézt menší planety, na které v tuto chvíli nemáme zcela odpovídající techniku. Pokud bychom našli na vnitřní dráze plynného obra, který vzniká dál od hvězdy a poté migruje, byly by nejspíše případné zárodky kamenných planet zničené.

Hledání něco stojí, přispějte

Zřejmě největší lovkyní exoplanet u Alfa Centauri je americká astronomka Debra Fischer. Ta stojí společně s kolegy za objevem řady exoplanet.

Fischer využívá 1,5 m dalekohled na chilské observatoři Cerro Tololo. Radiální rychlosti není třeba měřit každou noc, pro tyto účely stačí 20 pozorovacích nocí za rok. Provoz astronomické techniky ovšem není levnou záležitostí. Jedna noc na dalekohledu v tomto konkrétním případě vyjde na 1 650 dolarů (30 500 Kč). Bohužel granty od mecenášů jako NASA nebo Národní vědecká nadace použít nelze.

Fischer se proto skrze slavnou Planetární společnost obrací na veřejnost. Přispět můžete třeba jen částkou 33 dolarů (610 Kč), za které bude uhrazeno 10 minut pozorování.

Debra Fischer. Zdroj: Nickshanks, Wikipedia
Debra Fischer. Zdroj: Nickshanks, Wikipedia

Podobná kampaň zdá se není první a ani poslední. David Kipping nedávno sháněl 10 tisíc dolarů na zakoupení počítače pro hledání exoměsíců v datech z Keplera. A požadovanou částku od lidí opravdu vybral. Bude Debra Fischer stejně úspěšná?

Tip: Hledání Debry Fischer lze podpořit na stránkách Planetární společnosti. Stačí jako cíl podpory vybrat Finds Exo-Earth.

Nejčtenější