Kolem Barnardovy hvězdy obíhá super-Země

Kampaň Red Dots nalezla spolehlivé důkazy přítomnosti planety obíhající kolem Slunci blízké osamocené hvězdy

U Barnardovy hvězdy (Barnard’s Star) vzdálené asi 6 světelných let od Slunce se podařilo odhalit přítomnost planety. Tento mimořádně významný objev byl zveřejněn v článku publikovaném 15. listopadu 2018 ve vědeckém časopise Nature. Nalezení tohoto objektu je společným výsledkem kampaně Red Dots a projektu CARMENES, které se zaměřují na pátrání po blízkých kamenných exoplanetách a v nedávné minulosti rovněž nalezly planetu u Slunci nejbližší hvězdy Proxima Centauri (eso1629).  

Planeta s provizorním označením Barnard's Star b je v současnosti druhou nejbližší známou exoplanetou [1]. Získaná data naznačují, že se jedná o objekt klasifikovaný jako super-Země (super-Earth) s hmotností alespoň 3,2krát převyšující hmotnost naší planety. Exoplaneta obíhá kolem své mateřské hvězdy zhruba jednou za 233 dní. Mateřská stálice, Barnardova hvězda, je červený trpaslík (red dwarf) – chladná hvězda nízké hmotnosti, která svou planetu ozařuje jen velmi slabě. Ve srovnání s množstvím energie, jaké dostává Země od Slunce, dopadají na povrch této planety jen asi 2 % energie. 

Přestože planeta leží relativně blízko mateřské hvězdy – hvězdu a planetu dělí méně než poloviční vzdálenost než Slunce a Zemi (asi 0,4 a.u.), nachází se zároveň poblíž takzvané sněžné čáry (snow line) – na okraji oblasti, kde těkavé látky jako voda zamrzají do podoby ledu. Rovnovážná teplota (equilibrium temperature) na povrchu tohoto chladného a temného světa by se mohla pohybovat kolem -170 °C, planeta je tedy pro život, jaký známe, nehostinná.       

Barnardova hvězda, Slunci nejbližší osamocená stálice, nese jméno astronoma E. E. Barnarda. Hvězda samotná je poměrně stará, možná dvakrát starší než Slunce, a málo aktivní. Je však stálicí s největším zdánlivým pohybem po obloze [2]. Super-Země jsou pravděpodobně nejčastějším typem planet vyskytujícím se u málo hmotných stálic, jakou je i Barnardova hvězda, což potvrzuje i tento nově nalezený objekt. Současné teorie formování planetárních systémů navíc předpovídají, že okolí sněžné čáry je ideálním místem pro vznik takových planet.     

Pátrání po planetách kolem Barnardovy hvězdy přineslo v minulosti jen zklamání. Tento průlomový objev bylo možné učinit pouze díky kombinaci měření řady vysoce přesných přístrojů pracujících ve spojení s velkými dalekohledy po celém světě [3]. 

„Na základě velmi pečlivé analýzy jsme si na 99 % jisti, že tato planeta skutečně existuje,” prohlásil vedoucí vědeckého týmu Ignasi Ribas (Institute of Space Studies of Catalonia a Institute of Space Sciences, CSIC, Španělsko). „Budeme však pokračovat v našem pozorování tohoto slabého objektu, abychom vyloučili i málo pravděpodobné přirozené variace jasnosti mateřské hvězdy, které by se mohly projevovat podobně, jako tato planeta.“

Mezi přístroji, které vědci použili, byli i legendární lovci planet ESO – spektrografy HARPS a UVES. „HARPS je velmi důležitou součástí našeho projektu. Zkombinovali jsme archivní data několika týmů s novými navazujícími pozorováními Bartnardovy hvězdy z různých zařízení,“ vysvětluje Guillem Anglada Escudé (Queen Mary University, Londýn, VB), další z vedoucích vědeckých pracovníků týmu, který stojí za publikovanými výsledky [4]. „Kombinace různých přístrojů hrála klíčovou roli a umožnila nám detailně prověřit prezentované výsledky.“

Ke hledání kandidátů na extrasolární planety využívají astronomové Dopplerův jev (Doppler effect). Při oběhu planety kolem hvězdy dochází díky vzájemnému působení k pohybu hvězdy ve směru k nám a od nás. Když se hvězda pohybuje od Země, spektrum jejího záření vykazuje rudý posuv (redshift) – spektrální čáry se posunou směrem k červenému konci spektra. V případě pohybu k nám se posunem spektrálních čar ke kratším vlnovým délkám projevuje poduv modrý.

Astronomové využívají tohoto jevu k měření změn rychlosti pohybu hvězdy, které jsou způsobeny obíhající planetou. Spektrograf HARPS je schopen registrovat velmi malé změny rychlosti hvězdy až pod 1 m/s (asi 3,5 km/h, což je srovnatelné s rychlostí běžné chůze). Tento postup pátrání po extrasolárních planetách je známý jako metoda radiálních rychlostí (radial velocity method). Dosud nikdy však nebyl použit k detekci planety typu super-Země na takto vzdálené dráze (s tak dlouhou periodou oběhu).

„Využili jsme pozorování ze sedmi různých přístrojů získaná během dvaceti let, což je jeden z největších a nejobsáhlejších datových souborů, jaký byl kdy použit k přesnému studiu radiálních rychlostí,“ vysvětluje Ignasi Ribas. „Kombinací veškerých dat jsme získali celkem 771 měření, což je skutečně značné množství informací!“ 

„Na tomto objevu jsme všichni pracovali velmi usilovně,“ dodává Guillem Anglada Escudé. „Jedná se o výsledek rozsáhlé spolupráce, která byla organizována v rámci projektu Red Dots, a obsahuje příspěvky týmů z celého světa. Následná pozorování objevené planety v současnosti probíhají na řadě observatoří.“

Poznámky

[1] Slunci nejbližším systémem je trojhvězda Alpha Centauri, ke které patří i nejbližší hvězda Proxima. V roce 2016 astronomové pomocí přístrojů ESO a dalších zařízení nalezli důkazy, že kolem Proxima Centauri, v současnosti Slunci vůbec nejbližší hvězdy tohoto systému, obíhá planeta. Proxima se nachází jen o něco dále než 4 světelné roky od Slunce a planetu objevil tým Guillema Anglada Escudé (eso1629).

[2] Rychlost pohybu Barnardovy hvězdy (v prostoru vzhledem ke Slunci) dosahuje asi 500 000 km/h, přes tento úprk však není nejrychleji se pohybující známou hvězdou. Z pohledu pozorovatele na Zemi však není ani tak důležitá absolutní rychlost, jako zdánlivá rychlost pohybu po obloze. Barnardova hvězda se po obloze přesune o úhlový průměr Měsíce v úplňku asi za 180 let, i když to nevypadá jako mnoho, je hvězdou se zdaleka nejrychlejším zdánlivým pohybem.   

[3] V rámci výzkumu byly využity tyto kombinace zařízení a dalekohledů: HARPS + ESO 3.6-metre telescope; UVES + ESO/VLT; HARPS-N + Telescopio Nazionale Galileo; HIRES + Keck 10-metre telescope; PFS + Carnegie’s Magellan 6.5-m telescope; APF + Lick Observatory 2.4-m telescope; a CARMENES (Calar Alto Observatory). Následná pozorování byla provedena pomocí dalekohledu o průměru 90 cm na  Sierra Nevada Observatory, 40cm robotického dalekohledu SPACEOBS observatory a 80cm Joan Oró Telescope na Montsec Astronomical Observatory (OAdM).

[4] Příběh celého objevu si můžete přečíst na stránkách  ESOBlog.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku „A super-Earth planet candidate orbiting at the snow-line of Barnard’s star“, který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Nature 15. listopadu 2018.

Složení týmu: I. Ribas (Institut de Ciències de l’Espai, Španělsko & Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Španělsko), M. Tuomi (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, UK), A. Reiners (Institut für Astrophysik Göttingen, Německo), R. P. Butler (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, USA), J. C. Morales (Institut de Ciències de l’Espai, Španělsko & Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Španělsko), M. Perger (Institut de Ciències de l’Espai, Španělsko & Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Španělsko), S. Dreizler (Institut für Astrophysik Göttingen, Německo), C. Rodríguez-López (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Španělsko), J. I. González Hernández (Instituto de Astrofísica de Canarias Španělsko & Universidad de La Laguna, Španělsko), A. Rosich (Institut de Ciències de l’Espai, Španělsko & Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Španělsko), F. Feng (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, UK), T. Trifonov (Max-Planck-Institut für Astronomie, Německo), S. S. Vogt (Lick Observatory, University of California, USA), J. A. Caballero (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Španělsko), A. Hatzes (Thüringer Landessternwarte, Německo), E. Herrero (Institut de Ciències de l’Espai, Španělsko & Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Španělsko), S. V. Jeffers (Institut für Astrophysik Göttingen, Německo), M. Lafarga (Institut de Ciències de l’Espai, Spain & Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Španělsko), F. Murgas (Instituto de Astrofísica de Canarias, Španělsko & Universidad de La Laguna, Španělsko), R. P. Nelson (School of Physics and Astronomy, Queen Mary University of London, UK), E. Rodríguez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Španělsko), J. B. P. Strachan (School of Physics and Astronomy, Queen Mary University of London, UK), L. Tal-Or (Institut für Astrophysik Göttingen, Německo & School of Geosciences, Tel-Aviv University, Israel), J. Teske (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, USA & Hubble Fellow), B. Toledo-Padrón (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain & Universidad de La Laguna, Španělsko), M. Zechmeister (Institut für Astrophysik Göttingen, Německo), A. Quirrenbach (Landessternwarte, Universität Heidelberg, Německo), P. J. Amado (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Španělsko), M. Azzaro (Centro Astronómico Hispano-Alemán, Španělsko), V. J. S. Béjar (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain & Universidad de La Laguna, Španělsko), J. R. Barnes (School of Physical Sciences, The Open University, UK), Z. M. Berdiñas (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile), J. Burt (Kavli Institute, Massachusetts Institute of Technology, USA), G. Coleman (Physikalisches Institut, Universität Bern, Švýcarsko), M. Cortés-Contreras (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Španělsko), J. Crane (The Observatories, Carnegie Institution for Science, USA), S. G. Engle (Department of Astrophysics & Planetary Science, Villanova University, USA), E. F. Guinan (Department of Astrophysics & Planetary Science, Villanova University, USA), C. A. Haswell (School of Physical Sciences, The Open University, UK), Th. Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie, Německo), B. Holden (Lick Observatory, University of California, USA), J. Jenkins (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile), H. R. A. Jones (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, UK), A. Kaminski (Landessternwarte, Universität Heidelberg, Německo), M. Kiraga (Warsaw University Observatory, Polsko), M. Kürster (Max-Planck-Institut für Astronomie, Německo), M. H. Lee (Department of Earth Sciences and Department of Physics, The University of Hong Kong), M. J. López-González (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Španělsko), D. Montes (Dep. de Física de la Tierra Astronomía y Astrofísica & Unidad de Física de Partículas y del Cosmos de la Universidad Complutense de Madrid, Španělsko), J. Morin (Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université de Montpellier, Francie), A. Ofir (Department of Earth and Planetary Sciences, Weizmann Institute of Science, Izrael), E. Pallé (Instituto de Astrofísica de Canarias, Španělsko & Universidad de La Laguna, Španělsko), R. Rebolo (Instituto de Astrofísica de Canarias, Španělsko, & Consejo Superior de Investigaciones Científicas & Universidad de La Laguna, Španělsko), S. Reffert (Landessternwarte, Universität Heidelberg, Německo), A. Schweitzer (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Německo), W. Seifert (Landessternwarte, Universität Heidelberg, Německo), S. A. Shectman (The Observatories, Carnegie Institution for Science, USA), D. Staab (School of Physical Sciences, The Open University, UK), R. A. Street (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, USA), A. Suárez Mascareño (Observatoire Astronomique de l'Université de Genève, Švýcarsko & Instituto de Astrofísica de Canarias, Španělsko), Y. Tsapras (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Německo), S. X. Wang (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, USA), and G. Anglada-Escudé (School of Physics and Astronomy, Queen Mary University of London, UK & Instituto de Astrofísica de Andalucía, Španělsko).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 16 členských států: Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje VLT (Velmi velký dalekohled) a dva přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem světa, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem zařízení APEX a revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• Vědecký článek
• Projekt Red Dots
• Objev Proximy Centauri b - tisková zpráva ESO1629

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: j.srba@astrovm.cz

Ignasi Ribas (Lead Scientist); Institut d’Estudis Espacials de Catalunya and the Institute of Space Sciences, CSIC; Barcelona, Spain; Tel.: +34 93 737 97 88 (ext 933027); Email: iribas@ice.cat

Guillem Anglada-Escudé; Queen Mary University of London; London, United Kingdom; Tel.: +44 (0)20 7882 3002; Email: g.anglada@qmul.ac.uk

Calum Turner
ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6670; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: pio@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1837