Co wiemy o pozasłonecznych planetach?

The Album Leaf – Window


18 milionów kilometrów od Ziemi, teleskop Keplera cierpliwie wpatruje się w sto tysięcy gwiazd. Nagle jedna z nich przygasa. Przez kilka godzin jest ciemniejsza o cztery setne jednego procenta. Dziewięć miesięcy później przygasa znowu w identyczny sposób. Gdy dzieje się to po raz trzeci, mamy przekonanie, że to obiecujący kandydat na planetę. Dziesięciometrowe zwierciadło teleskopu Kecka na szczycie hawajskiego wulkanu Mauna Kea zwraca się w kierunku drobnego punktu i wkrótce potwierdza – wokół gwiazdy Kepler-62 krąży planeta, którą nazwiemy Kepler-62f. To już piąta wykryta w tym układzie.

Obserwatorium Kecka pozwala przeanalizować dokładnie przesunięcia dopplerowskie w widmie gwiazdy. Choć to minimalny wpływ, planety ciągną gwiazdę w swoich kierunkach, czasem przesuwając jej światło w kierunku czerwonym, czasem w kierunku niebieskim. Mozolne obliczenia komputera, dopasowujące wpływ pięciu planet na zmiany widma wkrótce podają minimalne masy planet. Minimalne, bo nie wiemy jak bardzo płaszczyzna orbit jest nachylona w stosunku do Układu Słonecznego. Jeśli jest pod idealnym kątem, to masa minimalna jest prawdziwa. Masę maksymalną ocenić możemy po maksymalnym kącie – to jest takim, powyżej którego planety nie ustawiłyby się w jednej linii z okiem Keplera i ich gwiazdą.

(NASA Ames/JPL-Caltech)

Dzięki Keplerowi znamy promień (bo wiemy o ile „pociemniała” gwiazda) oraz okres obiegu, Keck pozwala wyznaczyć masę, co następnie umożliwia wyznaczenie promienia orbity. Obserwacje gwiazdy pozwalają ocenić jak wiele energii dociera na poszczególne orbity. Nowa planeta okazuje się znajdować w centrum ekosfery – pasa w którym możliwe jest istnienie wody w stanie ciekłym. Możliwe nie oznacza pewne, oznacza tylko, że poza nim jest, albo zbyt zimno by nawet przy ogromnej ilości gazów cieplarnianych stopić lód, albo zbyt gorąco nawet jeśli takich gazów nie ma. Tyczy się to głównie planet podobnych do Ziemi, bo księżyce gazowych gigantów, nie muszą grać według tych samych reguł.

Kepler-62f jednakże nie wygląda na gazowego giganta. O połowę większa od Ziemi planeta jest nieznacznie cięższa. Czyli jej gęstość jest znacznie niższa. Nie pasuje to do skalnej planety podobnej do naszego domu. Nie może to być również malutka gazowa planeta, gdyż potrzeba zdecydowanie większej masy by ciężkie jądro mogło utrzymać grubą warstwę gazów (dlatego na przykład w atmosferze ziemskiej nie może być dużo helu, gdyż naturalnie osiąga prędkość ucieczki i ulatuje w kosmos). Jeśli zaczniemy dopasowywać gęstość K-62f do różnych modeli, okaże się, że prawdopodobnie składa się w 15% - 75% z wody. Woda na Ziemi stanowi 0,02% masy i to wystarcza by ponad dwie trzecie powierzchni było przykryte oceanami.

(L. Kaltenegger (MPIA))

Światło, które opuściło Keplera-62 tysiąc dwieście lat temu, gdy zmarł Karol Wielki, cesarz Imperium Rzymskiego, dociera do nas teraz. Analizując wątle migoczącą gwiazdkę możemy wywnioskować tak wiele… A to dopiero początek. Nowe technologie odsiewania światła gwiazd i wyławiania światła odbitego od planet pozwalają na analizę ich spektrum. Udało się to zrobić z gazowymi gigantami w układzie HR 8799. Dzięki teleskopom nowej generacji, jak wyczekiwany przez wielu następca Hubble’a – James Webb Space Telescope, będziemy mogli analizować atmosfery planet podobnych do Ziemi, szukając oznak życia. A może w końcu, na którejś z nich, gdy będzie do nas zwrócona nocną stroną zobaczymy spektrum odpowiadające sztucznemu oświetleniu?


Źródła:
Universe Today – o nowych planetach wokół Keplera-62 i Keplera-69.
Space.com – o analizie spektrum gigantów w systemie HR 8799.
Grafika tytułowa notki – NASA/Ames/JPL-Caltech