První spektrum exoplanety ve viditelném světle

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 17/2015

Snímek v úvodu: Představa pohledu na exoplanetu 51 Pegasi b typu horký Jupiter, která obíhá kolem hvězdy vzdálené asi 50 světelných let od Slunce. Na obloze tuto hvězdu naleznete v souhvězdí Pegas (Peg). Tato exoplaneta byla prvním objektem svého druhu, který byl nalezen u běžné hvězdy (objev 1995). O 20 let později by se tento objekt mohl stát také první extrasolární planetou, která byla ve viditelném světle přímo pozorována spektroskopicky.

Nový způsob pozorování extrasolárních planet se slibnou budoucností

Exoplaneta 51 Pegasi b [1] obíhá kolem hvězdy 51 v souhvězdí Pegas a leží asi 50 světelných let daleko od Země. Objevena byla v roce 1995 a jedná se o první potvrzenou exoplanetu, která byla nalezena u běžné hvězdy podobné Slunci [2]. Planeta je rovněž považována za prototyp takzvaného 'horkého Jupiteru' (hot Jupiter). Třídy běžně se vyskytujících extrasolárních planet, které jsou velikostí a hmotností podobné Jupiteru, ale obíhají mnohem blíže kolem svých mateřských hvězd.

Od tohoto přelomového objevu bylo nalezeno a potvrzeno 1 200 planetárních systémů s více než 1 900 extrasolárními planetami. V roce 20. výročí svého objevu se však 51 Pegasi b vrací opět na scénu, aby přinesla nový pokrok ve výzkumu exoplanet.

Tým, který uvedené pozorování uskutečnil, vedl Jorge Martins (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA))and the Universidade do Porto, Portugalsko], který v současnosti pracuje jako PhD student na observatořích ESO v Chile. Ke svým pozorováním astronomové použili přístroj HARPS pracující ve spojení s dalekohledem o průměru 3,6 m na observatoři La Silla (ESO 3.6-metre telescope).

V současnosti nejrozšířenější metodou studia extrasolárních planet je pozorování spektra mateřské hvězdy v okamžiku, kdy planeta přechází před jejím diskem. V tomto okamžiku část záření hvězdy prochází atmosférou planety. Tato technika je známá jako transmisní spektroskopie (transmission spectroscopy). Alternativní metoda využívá pozorování systému v okamžiku, kdy je z našeho pohledu planeta naopak schována za hvězdou. Tento postup přináší informace o teplotě exoplanety.

Výhodou nové techniky je, že její použití nezávisí na tom, jestli planeta je takzvaně tranzitující (tedy jestli z našeho pohledu přechází před diskem hvězdy). Díky tomu je možné ji použít pro mnohem větší počet exoplanet. Umožňuje přímým pozorováním získat spektrum exoplanety ve viditelném světle a zjistit tak další informace o tělese, které jinými metodami odhalit nelze.

Spektrum mateřské hvězdy je použito jako šablona při hledání světla s podobnými vlastnostmi, u kterého se předpokládá, že bylo odraženo od planety obíhající kolem hvězdy. Jedná se však o velmi obtížný úkol, jelikož planety jsou mimořádně slabé ve srovnání s hvězdami.

Signál planety se také lehce ztratí díky dalším efektům a zdrojům šumu [3]. Při uvážení všech možných nepříznivých okolností představuje úspěšná aplikace metody na pozorování planety 51 Pegasi b pomocí přístroje HARPS mimořádně důležitý krok potvrzující správnost celého konceptu.

Jorge Martins vysvětluje: „Tato detekční technika je z vědeckého pohledu mimořádně důležitá, jelikož umožňuje měřit skutečné hmotnosti planet a sklony jejich oběžných drah. A znalost těchto parametrů je naprosto nezbytná k pochopení vlastností celého systému. Zároveň nám umožňuje odhadnout, jaké množství světla planeta odráží (její reflektivitu, albedo) a tuto informaci využít k odvození vlastností atmosféry i povrchu tělesa.“

Podařilo se zjistit, že Planeta 51 Pegasi b má hmotnost asi polovinu Jupiteru a její dráha je skloněna o 9° (vzhledem ke spojnici Země – hvězda 51 Peg) [4]. Zároveň se zdá, že planeta by mohla mít o něco větší průměr než Jupiter a že odráží větší množství světla. Jsou to typické vlastnosti horkého Jupiteru obíhajícího velmi blízko mateřské hvězdy, který je vystaven intenzivnímu záření hvězdy.

Přístroj HARPS sehrál při tomto testu nepostradatelnou úlohu. Fakt, že výsledky byly získány pomocí dalekohledu o průměru 3,6 m, který má při použití této techniky jen omezený rozsah aplikací, je pro astronomy dobrou zprávou. Technika, která je v současnosti k dispozici, bude postupně nahrazena ještě pokročilejšími přístroji na větších dalekohledech, jako jsou ESO/VLT (Very Large Telescope) nebo budoucí Evropský extrémně velký dalekohled E-ELT (European Extremely Large Telescope) [5].

„Dychtivě očekáváme první světlo pro nový spektrograf ESPRESSO, který bude pracovat ve spojení s dalekohledem VLT. Budeme tak schopni provádět ještě detailnější studie tohoto i jiných planetárních systémů,“ dodává spoluautor článku Nuno Santos (IA a Universidade do Porto).

Poznámky

[1] Hvězda 51 Pegasi i planeta 51 Pegasi b jsou zařazeny mezi objekty, které budou pojmenovány za přispění veřejnosti v rámci programu NameExoWorlds (PojmenujExoSvěty) organizovaného Mezinárodní astronomickou unií (IAU).

[2] Dříve byly objeveny jen dva objekty s povahou exoplanety, které však obíhají kolem pulsarů (pozůstatku po explozi hmotné hvězdy).

[3] Je to stejně náročné, jako byste zkoušeli zkoumat noční hmyz, létající kolem velmi vzdálené lampy veřejného osvětlení. 

[4] To znamená, že dráha planety je v takové pozici, že se na ni ze Země díváme téměř zboku. Není to však dost na to, abychom mohli pozorovat přechody exoplanety přes disk hvězdy. 

[5] Přístroj ESPRESSO na dalekohledu VLT (a později na ještě výkonnějších teleskopech, jako bude E-ELT) umožní významné zvýšení přesnosti i dosahu. Přinese tedy možnost detekovat menší exoplanety nebo detailněji prozkoumat tělesa jako 51 Pegasi b.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b” autorů J. Martins a kol., který byl zveřejněn 22. dubna 2015 ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Složení týmu: J. H. C. Martins (IA a Universidade do Porto, Porto, Portugalsko; ESO, Santiago, Chile), N. C. Santos (IA a Universidade do Porto), P. Figueira (IA a Universidade do Porto), J. P. Faria (IA a Universidade do Porto), M. Montalto (IA a Universidade do Porto), I. Boisse (Aix Marseille Université, Marseille, Francie), D. Ehrenreich (Observatoire de Genève, Geneva, Switzerland), C. Lovis (Observatoire de Genève), M. Mayor (Observatoire de Genève), C. Melo (ESO, Santiago, Chile), F. Pepe (Observatoire de Genève), S. G. Sousa (IA a Universidade do Porto), S. Udry (Observatoire de Genève) a D. Cunha (IA a Universidade do Porto).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. 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 Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

odborný článek

snímky observatoře La Silla

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: jsrba@astrovm.cz

Jorge Martins; Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço/Universidade do Porto; Porto, Portugal; Tel.: +56 2 2463 3087; Email: Jorge.Martins@iastro.pt

Nuno Santos; Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço/Universidade do Porto; Porto, Portugal; Tel.: +351 226 089 893; Email: Nuno.Santos@iastro.pt

Stéphane Udry; Observatoire de l’Université de Genève; Geneva, Switzerland; Tel.: +41 22 379 24 67; Email: stephane.udry@unige.ch

Isabelle Boisse; Aix Marseille Université; Marseille, France;
Email: Isabelle.Boisse@lam.fr

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva na stránkách ESO