James Webb ukázal, čo môže zostať po smrti Slnka. Planéta WD 1856 b prežila hviezdnu apokalypsu
Planéta WD 1856 b prežila zánik svojej hviezdy a dnes obieha jej pozostatok. James Webb ukazuje, ako môže raz vyzerať aj budúcnosť Slnečnej sústavy.
Zánik hviezdy nemusí automaticky znamenať koniec celého planetárneho systému. Tím astronómov z University of St Andrews sa zameral na systém vzdialený asi 80 svetelných rokov, kde objavili niečo, čo sa vymyká bežným predstavám o osude planét. WD 1856 b prekonala katastrofálnu premenu svojej hviezdy – jej nafúknutie do štádia červeného obra – a dnes pokojne krúži okolo toho, čo z tej hviezdy zostalo. A to na mieste, kde by za iných okolností nemohla existovať.
Táto planéta je svojím charakterom plynný obor porovnateľný s Jupiterom, ktorý obieha okolo bieleho trpaslíka WD 1856+534 – hviezdy o veľkosti zhruba porovnateľnej so Zemou. Priemer planéty prevyšuje rozmer samotného hviezdicového pozostatku asi sedemkrát. Ale skutočne zarážajúca je ich vzájomná vzdialenosť.
WD 1856 b je od svojho bieleho trpaslíka vzdialená päťdesiaťkrát menej než Zem od Slnka a jeden obeh okolo neho zvládne za necelý jeden a pol dňa. Keby sa na tejto dráhe pohybovala už v čase, keď sa hviezda rozpínala, červený obor by ju jednoducho pohltil. To vedcov priviedlo k otázke, ako sa tam vôbec dostala a prečo tam dnes stále je.
Hľadanie odpovede si vyžiadalo nasmerovať na tento systém vesmírny teleskop Jamesa Webba, jeden z najvýkonnejších pozorovacích nástrojov ľudstva. Ani s takou technikou to nebolo jednoduché – biely trpaslík vyžaruje slabé svetlo a samotný prechod planéty popred jeho disk trvá iba asi osem minút. Navyše pri čiastočnom tranzite planéta nezakrýva celý hviezdicový disk, iba jeho okrajovú časť. Presné načasovanie meraní bolo nevyhnutnosťou.
Zánik hviezdy nemusí zničiť celý jej systém
Webbov teleskop v atmosfére planéty zachytil prítomnosť uhľovodíkov, pričom merania poukazujú predovšetkým na metán. Okrem toho prístroje odhalili aerosóly zodpovedné za vznik oparu alebo hustej oblačnosti v atmosfére. WD 1856 b sa tak stala prvou planétou obiehajúcou bieleho trpaslíka, ktorej atmosféru sa podarilo takto zachytiť.
Neprehliadni
Hmotnosť planéty vedci odhadli v rozmedzí od 4,3 do 10,9 hmotnosti Jupitera – ide teda o riadne masívneho plynného obra. Zloženie jeho atmosféry je výrazne uhlíkové a podľa najpresnejších modelov môže metán tvoriť asi sedem percent jej obsahu.
Kľúčovú informáciu však prinieslo meranie teploty. Povrchová teplota WD 1856 b sa pohybuje v rozmedzí 390 až 412 kelvinov, čo zodpovedá zhruba 117 až 139 stupňom Celzia, pričom najčastejšie uvádzaná hodnota je okolo 400 kelvinov, teda asi 126 stupňov Celzia.
Ak by planétu zohrievalo iba žiarenie dnešného bieleho trpaslíka, jej teplota by bola o asi 240 stupňov nižšia – rovnovážna teplota by sa mala pohybovať okolo 160 kelvinov. Planéta navyše sama vyžaruje do okolia zhruba dvadsaťpäťnásobne viac energie, než od hviezdy prijíma. Súčasné žiarenie bieleho trpaslíka teda teplotu WD 1856 b nedokáže vysvetliť.
Nepomáha ani predpoklad, že planéta iba postupne odovzdáva teplo nahromadené pri svojom vzniku. Systém je starý asi desať miliárd rokov a plynný obor tohto veku by musel byť oveľa chladnejší. WD 1856 b sa teda musela v nejakej fáze svojej existencie dodatočne zahriať.
K úplnému obrazu treba dodať, že staršie meranie iným prístrojom Webbovho teleskopu naznačovalo podstatne nižšiu teplotu – okolo 190 kelvinov. Autori novej štúdie nevylučujú, že rozdiel môže súvisieť s premenlivou oblačnosťou na rôznych stranách planéty alebo s dosiaľ neidentifikovanou odchýlkou v niektorom z meraní. Ďalšie pozorovania by mali situáciu objasniť.
Vedci pôvodne zvažovali dve vysvetlenia. Podľa prvého bola planéta počas záverečnej fázy hviezdicového vývoja obklopená rozpínajúcou sa hviezdnou obálkou a dokázala vo vnútri prežiť. Tento proces by ju prudko zahrial a zároveň stiahol bližšie k hviezdicovému jadru.
Druhý scenár predpokladal, že planéta počas fázy červeného obra zostala v bezpečnej vzdialenosti a k bielemu trpaslíkovi sa priblížila až oveľa neskôr, miliardy rokov po zániku hviezdy. Nové výsledky merania výrazne hovoria v prospech tohto druhého vysvetlenia.
Situáciu navyše komplikuje skutočnosť, že WD 1856+534 nie je osamotená. Patrí do trojhviezdneho systému a gravitačné vplyvy dvoch vzdialenejších hviezd mohli v priebehu miliárd rokov výrazne narušiť pôvodnú dráhu planéty. WD 1856 b sa tak mohla postupne dostať na veľmi pretiahnutú eliptickú trajektóriu, pri ktorej opakovane preletávala tesne vedľa bieleho trpaslíka.
K mŕtvej hviezde sa planéta vrátila až po miliardách rokov
Každý takýto tesný prelet prinášal obrovské slapové sily pôsobiace na planétu. Tieto sily telo planéty deformovali a vnútorné trenie premieňalo časť kinetickej energie na teplo. Súčasne postupne zaoblili pretiahnutú trajektóriu, až vznikol dnešný tesný a takmer dokonale kruhový obeh.
To však neznamená, že slapové zahrievanie planétu intenzívne ohrieva aj v súčasnosti. Dnešná dráha je už prakticky kruhová a vedci pokladajú pretrvávajúce silné zahrievanie za nepravdepodobné. Planéta si skôr uchováva zvyškové teplo z doby, keď prebiehala zmena jej pôvodnej pretiahnutej dráhy na dnešnú kruhovú.
Keď vedci porovnali Webbove pozorovania s modelmi ochladzovania podobných telies, dospeli k záveru, že opätovné zahriatiu planéty nastalo zhruba 3 až 5,5 miliardy rokov po skončení neskorej evolučnej fázy pôvodnej hviezdy. To naznačuje, že planéta sa k bielemu trpaslíkovi nepriblížila v čase jeho vzniku, ale oveľa neskôr.
Fáza, počas ktorej hviezda odhodí svoje vonkajšie vrstvy, trvá z kozmického hľadiska veľmi krátko – maximálne niekoľko miliónov rokov. Keby bola planéta zahrievaná priamym prechodom cez hviezdnu obálku, muselo by sa to odohrať prakticky v okamihu vzniku bieleho trpaslíka. Modely však ukazujú na oveľa neskoršiu udalosť, čím scenár pohltenia planéty červeným obrím nameraným hodnotám neodpovedá.
Pre pochopenie budúcnosti našej Slnečnej sústavy sú tieto závery mimoriadne podnetné. Asi o päť miliárd rokov Slnku začne dochádzať vodík v jadre, nafúkne sa na červeného obra a jeho priemer vzrastie stonásobne. Merkúr a Venuša s najväčšou pravdepodobnosťou zaniknú. Osud Zeme zostáva otvorený – vedci zatiaľ nevedia jednoznačne povedať, či ju Slnko pohltí, alebo tesne unikne jeho vonkajším vrstvám.
Planéty vo väčšej vzdialenosti, akými sú Jupiter a Saturn, majú šancu na prežitie podstatne vyššiu. Slnko však pri expanzii stratí veľkú časť hmotnosti, čo zmení obežné dráhy vzdialených planét a následné gravitačné interakcie môžu celý systém ďalej pretriasť.
WD 1856 b nepredstavuje presný model toho, čo čaká Jupiter. Dokazuje však, že plynný obor dokáže prežiť zánik hviezdy a ešte dlhé miliardy rokov po ňom prejsť zásadnou premenou svojej dráhy. Smrť hviezdy teda nemusí byť poslednou kapitolou príbehu sveta, ktorý okolo nej krúžil.
