Astronomové odhalují tajemství migrace hnědých trpaslíků a horkých Jupiterů

Mezinárodní tým astronomů působících v Praze, na Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics a na chilské Universidad Adolfo Ibáñez pomocí dat z vesmírné mise TESS a následných měření radiálních rychlostí (tedy rychlostí, jakými se objekt přibližuje k pozorovateli nebo se od něj vzdaluje) potvrdil čtyři nové tranzitující hnědé trpaslíky.

K měření vědci využili spektrografy FEROS a PLATOSpec, což jsou přístroje rozkládající zachycené záření na jednotlivé vlnové délky. Termín „tranzitující“ znamená, že tyto objekty při pohledu ze Země pravidelně přecházejí před svou mateřskou hvězdou a způsobují její nepatrné pohasnutí.

„Tranzitující hnědí trpaslíci jsou pro nás mimořádně důležití, protože u nich dokážeme určit nejen hmotnost, ale také poloměr a přesné vlastnosti jejich oběžné dráhy. Díky tomu získáváme mnohem úplnější obraz o těchto systémech a můžeme je porovnávat jak s obřími planetami, tak s nízkohmotnými hvězdami,“ popsal Ján Šubjak, hlavní autor studie publikované ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Hnědí trpaslíci jsou plynné objekty hmotnější než planety, ale zároveň příliš malé na to, aby v jejich nitru dlouhodobě probíhalo spalování vodíku jako ve skutečných hvězdách – jako je například Slunce v naší planetární soustavě.

Představují tak přirozený přechod mezi planetami a hvězdami. Astronomové je však kolem běžných hvězd nacházejí překvapivě zřídka. Tento nedostatek se označuje jako „poušť hnědých trpaslíků“ a obvykle se vztahuje na ty objekty, jejichž oběžná doba (perioda) je kratší než přibližně pět let.

Tři z nově potvrzených hnědých trpaslíků obíhají své hvězdy s cykly delšími než 100 dní. Právě to z nich činí mimořádně cenné objekty. U dlouhoperiodických tranzitujících systémů se totiž k samotné vzácnosti hnědých trpaslíků přidává ještě výrazný pozorovací limit. Podobné systémy obíhají kolem své mateřské hvězdy po velmi široké dráze a jejich oběžná doba běžně činí i více než 10 let.

„Čím dále objekt od hvězdy obíhá, tím menší je pravděpodobnost, že z našeho pohledu bude přecházet přes její disk. Dlouhá perioda navíc znamená, že mezi jednotlivými tranzity mohou uplynout celé měsíce,“ dodal hlavní autor studie.

Zmiňovaná vesmírná mise TESS sleduje obrovské množství hvězd po celé obloze, většinu z nich však pozoruje jen po omezenou dobu. Přirozeně proto nachází především objekty s krátkou oběžnou dobou. Každý potvrzený dlouhoperiodický tranzitující hnědý trpaslík je tak velmi vzácným úkazem.

Nové objevy umožňují porovnat hnědé trpaslíky na velmi blízkých drahách s objekty, které obíhají dále od svých hvězd. Vzdálenější tělesa jsou méně ovlivněna intenzivním zářením a slapovým působením hvězdy, díky čemuž si mohou lépe uchovávat informace o svém vzniku.

Hlavní výsledek studie nespočívá pouze v objevu čtyř nových objektů. Neméně důležité je jejich porovnání s širší populací hnědých trpaslíků. Ukázalo se, že ti s krátkými oběžnými drahami se při srovnání nechovají stejně jako jejich „kolegové“ s dlouhými cykly.

Krátkoperiodičtí hnědí trpaslíci, tedy objekty obíhající velmi blízko svých hvězd, se častěji nacházejí u hvězd bohatších na těžší prvky (v astronomii jde o prvky jako uhlík, kyslík, dusík či železo).

Podobný trend vědci dlouhodobě pozorují u horkých Jupiterů: obřích plynných exoplanet (planet mimo Sluneční soustavu) obíhajících extrémně blízko svých sluncí.

Naopak hnědí trpaslíci na delších drahách se častěji vyskytují u hvězd s nižší metalicitou (nižším podílem prvků těžších než vodík a helium) a připomínají spíše vesmírné objekty o nižší hmotnosti.

„Dlouhoperiodičtí hnědí trpaslíci v některých aspektech vypadají jako součást hvězdné populace – podobají se nízkohmotným hvězdným průvodcům a pravděpodobně vznikali podobným způsobem. Ti krátkoperiodičtí ale nesou chemickou stopu horkých Jupiterů. Právě to je zajímavé: hnědý trpaslík mohl vzniknout jako hvězdný průvodce, ale na krátkou dráhu se dostal mechanismem bližším migraci obřích planet,“ vysvětlil Šubjak.