Úvodní strana  >  Články  >  Exoplanety  >  Výzkumy v AsÚ AV ČR (138): Atmosféry exoplanet dvoumetrovými dalekohledy

Výzkumy v AsÚ AV ČR (138): Atmosféry exoplanet dvoumetrovými dalekohledy

Malířova představa planety WASP-18b.
Autor: © NASA

S extrasolárními planetami se v minulých letech doslova roztrhl pytel. Dnes jsou známy již tisíce potvrzených planet obíhajících jiné hvězdy a další tisíce čekají na potvrzení svých objevů. Nové světy jsou s pomocí sofistikovaných metod váženy a měřeny. Planety Sluneční soustavy však nejsou jen různě rozměrnými koulemi, ale jsou často obklopeny atmosférami. Právě na možnost charakterizace exoplanetárních atmosfér se zaměřila studie vedená Petrem Kabáthem z ASU. 

Drtivá většina objevů extrasolárních planet z poslední doby má za sebou tzv. tranzitní metodu. Planeta přechází přes disk hvězdy a tím zakrývá část její fotosféry. Dalekohled pak měří malou změnu toku záření. Ze světelné křivky, tedy závislosti zářivého toku na čase, lze planetu „na dálku“ změřit a jsou-li k dispozici i další informace, tak i zvážit. 

Planety objevené tranzitní metodou mají ještě jednou důležitou výhodu oproti objektům objevenými jinými metodami. Je-li tato planeta obklopena atmosférou, tak atomy a molekuly v atmosféře hvězdy alespoň částečně se světlem hvězdy v pozadí interagují a zanechávají v záření detekovaném vzdáleným pozorovatelem svůj podpis. 

Měření tzv. transmisní spektroskopií vyžaduje nebývalou přesnost spektrografů společně s velkým spektrálním rozlišením, a tak jsou studie doposud omezené pouze na přístroje napájené těmi největšími dalekohledy. Počet objevených exoplanet však neutěšeně narůstá, s novými kosmickými misemi TESS a PLATO poroste ještě rychleji a o pozorovací čas na velkých dalekohledech se už teď vedou velké konkurenční boje v soutěžích. 

Po světě je však nemalé množství menších dalekohledů, spadajících do třídy „dvoumetrů“, mezi nimi i Perkův dalekohled ASU v Ondřejově. O pozorovací časy na těchto z dnešního pohledu malých dalekohledech není takový zájem a charakterizace exoplanetárních atmosfér by tak byla zajímavým pozorovacím programem. Ostatně první vůbec detekovaná atmosféra extrasolární planety byla oznámena z pozorování Hubbleovým kosmickým dalekohledem, což je také „dvoumetr“.

Dalším aspektem, který hraje v této nesnadné úloze roli je to, že pozorování jsou tak náročná na přesnost spektrografu a redukce dat, že je více než vhodné provádět analýzu více přístroji s různými vlastnostmi. Jen tak se lze vyhnout falešným výsledkům, které mohou mít původ v systematických efektech daného přístroje. S ohledem na tento fakt už přestávají být ty největší dalekohledy v konkurenci jiných projektů použitelné, neboť „kontrolní pozorování“ vyhrávají soutěže o pozorovací čas jen výjimečně. 

Petr Kabáth s rozsáhlým týmem astronomů z českých astronomických institucí i ze zahraničí publikovali případovou studii pozorování exoplanetární atmosféry „malým dalekohledem“. V rámci českého času na 2,2-metrovém dalekohledu na stanovišti La Silla Evropské jižní observatoře s připojeným spektrografem FEROS získali spektra exoplanety WASP-18b pokrývající celou viditelnou oblast i část infračervené oblasti. WASP-18b je horký Jupiter (s hmotností asi 10 hmotností Jupiteru, poloměrem asi 1,17 Jupiteru, povrchovou teplotou 2400 K a oběžnou dobou 0,941 dne) obíhající hvězdu hlavní posloupnosti spektrálního typu F6 s hmotností i rozměrem asi 1,2 Sluncí. Tato hvězda má vizuální hvězdnou velikost 9,3 magnitudy. V druhé polovině noci 31. října 2016 tak astronomové získali celkově 13 spekter, každé s expoziční dobou 15 minut. Pět z těchto spekter bylo pořízeno ve fázi mimo transit exoplanety, zbývajících osm pak během transitu. Během pozorování byly dobré pozorovací podmínky, spektra byla tedy pořízena s relativně dobrý poměrem signálu k šumu. 

Spektra byla zpracována s pomocí standardních postupů. Ze spekter mimo zákryt byla jejich zprůměrováním vytvořena šablona záření hvězdy (předpokládá se, že ve viditelné oblasti v této fázi planeta ke světlu nepřispívá), jíž pak bylo vyděleno každé spektrum pořízené v průběhu zákrytu. Dělením se zvýrazní změny ve vzhledu spektra, které jsou na vrub atmosféry planety. 

Prohlídka spektrálních reziduí neukázala žádné významné změny související s možným příspěvkem atmosféry, umožnila ale stanovit spodní limit tohoto typu pozorování. Podobná exoplaneta HD189733b byla v minulosti stejnou metodikou pozorována přístrojem HARPS napájeným 3,6metrovým dalekohledem. Porovnáme-li tato dvě pozorování a vezmeme-li v úvahu potřebné korekční faktory, docházíme k závěru, že jsou obě různá pozorování vůči sobě konzistentní. 

Autoři provedli také numerický test a ukázali, že kdyby byly zkoumané sodíkové čáry exoplanety  stejně silné jako na HD189733b, byly by bezpečně detekovány i dvoumetrovým dalekohledem. Autoři poukazují také na možné změny observační strategie, které možnost detekce slabších exoplanetárních atmosfér malými dalekohledy zvyšují. 

Astronomové tak docházejí k optimistickému závěru, že i s pomocí dvoumetrových dalekohledů lze získat užitečné informace o atmosférách exoplanet. Musí se však vybírat vhodní kandidáti. U hvězd se zdánlivou jasností 10 magnitud je třeba očekávat jednotlivé expozice kolem 30 minut. Výhodou pak mohou být opakovaná pozorování v různých tranzitech. To s sebou nese další požadavek na dlouhodobou stabilitu přístroje a také na nutnost monitorování případné aktivity hvězdy samotné, neboť i ta by se prokreslila do spektrálních reziduí. Z 471 kandidátů oznámených nejnovější družicí TESS by několik desítek exemplářů bylo vhodných pro studium i s pomocí dvoumetrových dalekohledů. Pokud se tato statistika zachová po celý průběh mise TESS, lze očekávat stovky až tisíce exoplanet vhodných ke studiu atmosfér dvoumetrovými dalekohledy. To není zrovna málo, a tak mají dnes občas opomíjené přístroje před sebou zářivou budoucnost, pokud se na tomto programu

REFERENCE

P. Kabáth a kol., Detection limits of exoplanetary atmospheres with 2-m class telescopes, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, v tisku, preprint arXiv:1905.04665

KONTAKTY

Dipl.-Phys. Petr Kabáth, Dr. rer. nat.
petr.kabath@asu.cas.cz
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: WASP-18b, Extrasolární planeta, Astronomický ústav AV ČR


25. vesmírný týden 2019

25. vesmírný týden 2019

Přehled událostí na obloze od 17. 6. do 23. 6. 2019. Měsíc bude v úplňku a nastanou jeho pěkné konjunkce s planetami. Večer jsou velmi nízko, ale úhlově blízko sobě Mars a Merkur. Jupiter je vidět celou noc, Saturn téměř taky, ale je velmi nízko ve Střelci. Aktivita Slunce je nízká. Pozorovatelé soumrakové oblohy již v některých dnech zaznamenali výskyt nočních svítících oblak. Mise Falconu s družicemi Radarsat byla úspěšná. V týdnu očekáváme start rakety Ariane 5 s telekomunikačními družicemi a Proton-M s rentgenovou družicí Spektr-RG. Před 220 lety se narodil W. Lassel, objevitel Neptunova měsíce Triton a před 10 lety startovala k Měsíci sonda LRO.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Lobster

Titul Česká astrofotografie měsíce za květen 2019 obdržel snímek „Humří mlhovina“, jehož autorem je Pavol Kollarik Humří maso je považováno za pochoutku. Rozlousknout mohutná klepeta tohoto mořského korýše speciálními kleštičkami chodí gastronomičtí gurmáni do restaurací, objednat si ho můžeme

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Měsíc a Jupiter v konjunkci

Další informace »