Pekelně horká, rychlá a hustá exoplaneta ze slavné rodiny

Petr Kubala  |  Vesmír
Exoplaneta 55 Cnc e v představách malíře. Autor: Christophe Marcheux, NASA

Během uplynulých šestnácti let objevili astronomové téměř 550 planet mimo Sluneční soustavu. Jen málokterý planetární systém se do historie astronomie zapsal větším písmem než 55 Cnc.

U mnoha hvězd nalezli astronomové více než jednu planetu. Takové systémy označujeme jako multiplanetární. Nejslavnějším představitelem byl po dlouhou dobu systém u hvězdy 55 Cnc.

Planetární historie této hvězdy se začala psát už na jaře roku 1996, kdy američtí astronomové oznámili objev exoplanety 55 Cnc b. Pokud pomineme exoplanety u pulsarů, jednalo se tehdy teprve o čtvrtou známou planetu mimo Sluneční soustavu. V dalších letech jí postupně přibyly čtyři sestry, s počtem pěti planet však 55 Cnc poměrně dlouho kralovala pomyslné exoplanetární hitparádě.

Teprve v loňském roce bylo objeveno hned šest planet (a jeden kandidát na sedmou planetu) u hvězdy HD 10180. Na začátku letošního roku pak NASA představila objev šesti exoplanet u hvězdy Kepler-11. Hvězda 55 Cnc i přesto zůstává mezi astronomickými celebritami a to s několika důvodů.

55 Cnc se představuje

Hvězdu 55 Cnc (55 Cancri) nalezneme ve vzdálenosti asi 41 světelných let v souhvězdí Raka. Jasnost hvězdy se pohybuje těsně pod 6 mag, takže je na obloze viditelná za velmi dobrých podmínek i pouhým okem nebo spíše menším dalekohledem.

Vyhledávací mapka pro hvězdu 55 Cnc (HIP 43587) v souhvězdí Raka. Mapa zachycuje pohled směrem na západ okolo 22:00 SELČ dne 1. května 2011. Zdroj: Stellarium
Vyhledávací mapka pro hvězdu 55 Cnc (HIP 43587) v souhvězdí Raka. Mapa zachycuje pohled směrem na západ okolo 22:00 SELČ dne 1. května 2011. Zdroj: Stellarium

Hvězda 55 Cnc je ve skutečnosti dvojhvězdou. Hlavní složkou je v tomto případě žlutý trpaslík o hmotnosti 0,95 Slunce a povrchové teplotě 5 400 K, což je nepatrně méně ve srovnání s naší mateřskou hvězdou. Jedná se o poměrně vzácný typ hvězdy, který se vykazuje velmi vysokou metalicitou. Hvězda 55 Cnc je velmi bohatá na kovy, což v astronomickém žargonu znamená, že obsahuje velké množství prvků těžších než helium.

Okolo hlavní složky obíhá ve vzdálenosti 1065 AU (střední vzdálenosti Země-Slunce) průvodce, kterým je červený trpaslík o hmotnosti 0,13 Slunce.

Planetární systém: jak změřit planetu

Parametry jednotlivých planet popisujeme detailněji v přiložené tabulce. Žádná z planet se nepohybuje v obyvatelné oblasti, která se v případě 55 Cnc nachází ve vzdálenosti přibližně 0,66 až 0,95 AU.

Planetární systém u hvězdy 55 Cnc. Jednotlivé planety jsou označeny dle pořadí objevu (b, c, d,…). V tabulce řadíme planety dle vzdálenosti od hvězdy. Hmotnost je uvedena v násobcích Jupiteru (Mj) a Země (Mz).
Planetární systém u hvězdy 55 Cnc. Jednotlivé planety jsou označeny dle pořadí objevu (b, c, d,…). V tabulce řadíme planety dle vzdálenosti od hvězdy. Hmotnost je uvedena v násobcích Jupiteru (Mj) a Země (Mz).

Všech pět planet bylo nalezeno metodou měření radiálních rychlostí (o metodě jsme psali například zde). V praxi to znamená, že jsme měli k dispozici pouze odhad hmotnosti, protože velikost exoplanety ze spektra hvězdy nelze odhadnout.

Metoda měření radiálních rychlostí je ze všech metod nejvíce plodná. Vždy, když dojde k objevu nové exoplanety, je prozkoumána možnost, zda exoplaneta před svou hvězdou nepřechází. Museli bychom ale mít velké štěstí, aby rovina oběžné dráhy planety směřovala k nám. Šťastná náhoda je pak pro astronomy jako výhra v loterii. Pokud exoplaneta před hvězdou přechází, způsobuje periodické poklesy její jasnosti. Z těchto změn jsou astronomové schopni vypočítat poloměr exoplanety. V kombinaci se znalostí hmotnosti pak i hustotu a tedy předpokládané složení vzdáleného světa.

Pokusy o zachycení tranzitů exoplanet u 55 Cnc byly ovšem negativní. Až do teď!

Nejhustší planeta

Exoplaneta 55 Cnc e byla objevena v roce 2004. Podle původních předpokladů se zdálo, že okolo své hvězdy obíhá s periodou asi 2,8 dní. Analýza dat v loňském roce ovšem naznačila, že oběžná doba by mohla být výrazně kratší.

Astronomové proto zaměřili na mateřskou hvězdu kanadskou družici MOST (Microvariability and Oscillations of Stars). Malý kosmický dalekohled o hmotnosti jen 53 kg je ve vesmíru od roku 2003 a zaměřuje se na studium hvězdných oscilací. Při této činnosti nedělá v principu nic jiného, než že sleduje jasnost vybraných hvězd. Přesně to astronomové potřebují pro zachycení tranzitu exoplanety.

Vesmírný dalekohled MOST, zatím ještě na Zemi. Foto: Canadian Space Agency
Vesmírný dalekohled MOST, zatím ještě na Zemi. Foto: Canadian Space Agency

MOST se díval hvězdě 55 Cnc na zoubek od 7. do 22. února letošního roku. V té době se sice musel vypořádat s několika poruchami, ale hlavní cíl byl přesto splněn. Astronomům se podařilo ulovit tranzity exoplanety 55 Cnc e před diskem mateřské hvězdy.

Z výsledků pozorování vyplývá, že planeta okolo své hvězdy obíhá ve vzdálenosti jen 0,0157 AU s dobou oběhu 17 hodin a 40 minut. Pokud se objev potvrdí (a tranzitní metoda je v tomto obvykle značně přesná), bude 55 Cnc e exoplanetou s nejkratší oběžnou dobou. Dosavadní držitelkou rekordu byla WASP-19 b (18 hodin 56 minut). Zatímco Země se okolo Slunce pohybuje průměrnou rychlostí asi 30 km/s, 55 Cnc e okolo své hvězdy „létá“ rychlosti 233 km/s.

Poloměr exoplanety byl odhadnut na 1,63 Země. Díky znalosti přibližné hmotnosti (8,6 Země) bylo možné vypočítat hustotu, která činí 10 900 ± 3 100 kg/m3, což je dvakrát více než Země. Exoplaneta 55 Cnc se tak prozatím stává nejhustší známou exoplanetou.

MOST je opravdu velmi malý dalekohled. Na tomto obrázku je pro srovnání vyobrazen vedle Hubblova vesmírného teleskopu. Zdroj: Canadian Space Agency
MOST je opravdu velmi malý dalekohled. Na tomto obrázku je pro srovnání vyobrazen vedle Hubblova vesmírného teleskopu. Zdroj: Canadian Space Agency

Horší než peklo

Na povrchu planety by vás čekala průměrná teplota okolo 2 700 °C. Mateřskou hvězdu byste na obloze viděli v úhlovém průměru 60× větší, než vidíme Slunce na pozemské obloze. Byla by také 3 000× jasnější. Díky pravděpodobné vázané rotaci by navíc byla hvězda „zavěšena“ stále na stejném místě.

V důsledku to bude znamenat i poměrně velké teplotní rozdíly mezi denní a noční stranou planety, které by mohly být částečně vyrovnány případnou atmosférou. Jenže vzhledem k tomu, že planeta obíhá ve vzdálenosti jen trojnásobku poloměru mateřské hvězdy, je existence jakékoli významnější atmosféry spíše nepravděpodobná.

Případné letní sporty by na povrchu komplikovala 3× větší gravitace. Exoplaneta 55 Cnc se patrně skládá z hornin a železa. Jedná se o další zajímavou členku kategorie super-Zemí, o které v nejbližších letech nepochybně ještě hodně uslyšíme.

Zdroj: A Super-Earth Transiting a Naked-Eye Star

Autor je provozovatelem webu www.exoplanety.cz

Nejčtenější