Nové objevy exoplanet: TOI-561 b a jeho tajemství

Až do nedávna se slovo „exoplaneta“ zdálo být více záležitostí spekulací než vědecké astronomie. Isaac Newton v Scholium Generale svých Principií matematických naznačil, že fixní hvězdy by mohly být středem systémů podobných tomu našemu, avšak věda potřebovala několik století, aby toto tvrzení ověřila. Až na konci 80. let 20. století se začaly objevovat první signály planet mimo Sluneční soustavu, přičemž v roce 1992 byla poprvé potvrzena existence světů mimo Slunce, které obíhaly pulsar PSR B1257+12.

V posledních desetiletích se tempo objevů výrazně zrychlilo díky čím dál přesnějším přístrojům, které nám umožnily lokalizovat světy tak podivné, jako fascinující. Například vesmírný teleskop Kepler před více než deseti lety identifikoval Kepler-16b, planetu se „dvěma slunci“, která připomíná Tatooine z Hvězdných válek. Od té doby jsme katalogizovali obrovské množství exoplanet.

Nyní teleskop James Webb přináší objev, který zvlášť zaujme: svět z lávy, který je, k překvapení astronomů, chladnější, než ukazovaly teoretické modely.

Extrémní svět, který zpochybňuje naše znalosti

TOI-561 b, s průměrem přibližně 1,4krát větším než Země, je extrémní superzemě, jež obíhá hvězdu vzdálenou asi 280 světelných let v souhvězdí Sextans. NASA tuto planetu označuje jako nejvnitřnější planetu systému složeného ze čtyř světů, s okamžitou zvláštností: dokončuje oběžnou dráhu za méně než jedenáct hodin. Její blízkost je tak extrémní — pouhých 0,01 astronomických jednotek — že denní hemisféra musí překračovat bod tání hornin. Je téměř jisté, že jde o planetu připoutanou ke své hvězdě gravitačním zámkem, což znamená, že má věčné dny na jedné straně a věčné noci na druhé.

Jednou z nejsložitějších zvláštností, která vědce překvapila, je nízká hustota TOI-561 b. Astronomka Johanna Teske, hlavní autorka studie, vysvětluje, že „nejde o super-puffy, ale je méně hustý, než by se dalo očekávat pro složení podobné Zemi“. Tým předpokládal, že planeta by mohla mít malý železný jádro a plášť tvořený méně kompaktními minerály, což by odpovídalo chemii její hvězdy. Vzhledem k tomu, že hvězda typu G, kolem které obíhá, je velmi stará, přibližně 10 miliard let, a chudá na železo, nachází se v tlustém disku Mléčné dráhy, je možné, že planeta se formovala v primárním prostředí odlišném od Sluneční soustavy.

Přesto exotické složení nevyřešilo všechny záhady, takže tým začal zvažovat jinou možnost: že by TOI-561 b byla obklopena hustou atmosférou. Tento nápad je zajímavý, protože modely naznačují, že malé planety, které byly po miliardy let vystaveny tak silné radiaci, by měly dávno ztratit své plyny. NASA však připomíná, že některé světy tohoto typu vykazují známky toho, že nejsou „pouhé holé skály“. Tento detail otevřel dveře hypotéze, že nízká hustota by mohla být částečně zapříčiněna objemem rozšířeným o značnou vrstvu plynů.

Testování hypotézy husté atmosféry

Aby tým ověřil hypotézu o husté atmosféře, použil techniku, kterou už James Webb využil pro jiné skalnaté světy: měření poklesu části infračerveného záření, když planeta prochází za svou hvězdou. S spektrografem NIRSpec výzkumníci odhadli teplotu osvětlené hemisféry a porovnali ji s očekávanou teplotou pro povrch bez plynů, které by mohly rozptýlit teplo. Kdyby TOI-561 b byla holou skálou, její teplota by se pohybovala kolem 2 700 °C. Nicméně pozorování situovala tuto hodnotu blíže k 1 800 °C, což je příliš velký rozdíl na to, aby byl ignorován.

Neobyčejně nízká teplota dává smysl, pokud je TOI-561 b obklopena hustou atmosférou bohatou na těkavé látky. V tomto scénáři by vítr přenášel teplo z osvětlené hemisféry k chladnějším oblastem, čímž by se snížil infračervený výdej zachycený teleskopem. Do hry vstupují také plyny schopné absorbovat část radiace, než se dostane do vesmíru, což souhlasí s modely, které tým hodnotil. Je dokonce možné, že existují mraky silikátů, které odrážejí světlo hvězdy a přispívají k ochlazení svrchních vrstev atmosféry.

Jak TOI-561 b udržuje svou atmosféru

Aby vědci vysvětlili, jak TOI-561 b udržuje tak odolnou atmosféru, navrhují mechanismus, podle nějž magma a plyny jsou v neustálé výměně. Tim Lichtenberg pozoruje, že jakmile vnitřek uvolňuje těkavé sloučeniny do atmosféry, oceán roztavené horniny zase část z nich zadrží, čímž se snižuje ztráta do vesmíru. Tento proces vyžaduje planetu výjimečně bohatou na těkavé látky, velmi odlišnou od Země ve svém počátečním složení. V Lichtenbergových slovech by to bylo „jako vlhká lávová koule“, což je popis, který dobře shrnuje extrémní povahu objevu.

Pozorování, která umožnila rekonstrukci tohoto scénáře, jsou součástí programu General Observers 3860 teleskopu James Webb. Teleskop sledoval systém nepřetržitě více než 37 hodin, zatímco TOI-561 b dokončil téměř čtyři celé oběhy, což poskytuje vynikající pohled na to, jak se její jasnost mění v průběhu této dráhy. S tímto objemem dat se tým nyní zabývá analýzou jak se teplota mění kolem planety a jaké indicie to poskytuje ohledně složení její atmosféry. Tato sada dat, která je stále v analýze, naznačuje, že by tento svět mohl být složitější, než naznačovaly prvotní pozorování.

Případ TOI-561 b ukazuje, že i ty nejextrémnější světy mohou skrývat překvapení. Daleko od prosté spálené skály, pozorování Webb ukazují dynamický systém, ve kterém magma, atmosféra a záření hvězdy interagují způsoby, které ještě zcela nechápeme. Jak poznamenává Johanna Teske: „Opravdu vzrušující je, že tento nový soubor dat klade více otázek, než na které odpovídá“. Výzkum pokračuje a každá nová analýza se zdá potvrzovat, že tato planeta patří do kategorie, kterou jsme teprve začali poznávat.