Výzkumy v ASU AV ČR (240): Planety v hvězdných systémech s hnědým trpaslíkem

V posledních rocích se s objevy extrasolárních planet doslova roztrhl pytel. Podle veřejných databází je v současnosti známo téměř pět a půl tisíce planet obíhajících jiná slunce, k tomu je potřeba připočíst ještě přes dva a půl tisíce dalších, které jsou z tohoto statutu podezřelé, jsou tedy v současnosti nepotvrzenými kandidáty. To je už solidní množství na statistické studie a také na studie možných vzájemných vlivů těles v planetárním systému. 

Kromě planet jsou objevována také tělesa na pomezí planet a hvězd, tzv. hnědí trpaslíci. Známy jsou jich tisíce a drtivá většina z nich byla dílem záchytů v celooblohových infračervených přehlídkách. Většina známých hnědých trpaslíků je ve vesmíru osamocena, jen malé procento z počtu nalezneme ve vázaných soustavách se stelární složkou. Vázaní hnědí trpaslíci byli objeveni v systémech s nejrůznějšími konfiguracemi, což dává příležitost ke studiu různých myslitelných interakcí mezi jednotlivými složkami. Takové studie jsou extrémně důležité pro pochopení vzniku a vývoje planetárních soustav. 

Jána Šubjaka, studenta Petra Kabátha ze Stelárního oddělení ASU – v současnosti působícího v Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics – a jejich spolupracovníky ze zahraničních institucí zajímaly systémy s potvrzeným hnědým trpaslíkem na vzdálené oběžné dráze. Z literatury je zřejmé, že v soustavách s více hvězdami dochází k ovlivňování stavu vnitřních planet tělesy vnějších partiích. Ke slovu se dostávají gravitační nestability, ovlivnění akrece a srážení planetesimál a v neposlední řadě i dlouhodobý vliv gravitačního rušení, který typicky v systémech více planet vede k jejich migracím. 

Ke své studii si autoři vybrali šest systémů. Výběr velmi omezené skupiny byl motivován zejména potřebou využití kvalitních spektroskopických pozorování s vysokým rozlišením. Tento požadavek klade silná omezení na jasnost centrálních hvězd. Potřebná pozorování byla pořízena hned na několika světových dalekohledech a doplněna o pozorování dostupná v archívech. Autoři měli k dispozici také fotometrii z kosmické družice TESS. 

Pro všechny uvažované systémy autoři nejprve znovu určili parametry centrálních hvězd těchto systémů se speciálním důrazem na stanovení jejich věku. K tomu využili v komunitě běžně používaných nástrojů a modelů. Rychlá fotometrie z družice TESS byla využita zejména k měření rotační rychlosti těchto hvězd s využitím obecného Lombova-Scargleova periodogramu. 

K určení věku studovaných systémů autoři použili hned několik nezávislých metod. Pro jednotlivé systémy vykazovaly tyto metody dobrou shodu. Z výsledků dále vyplývá, že uvažované systémy jsou spíše mladší, s věkem kolem jedné miliardy let. Autoři podotýkají, že to není vlastně překvapivé, neboť jen mladí hnědí trpaslíci mají dostatečnou jasnost, aby je vůbec bylo možné pozorovat. 

Autoři následně zrevidovali parametry hnědých trpaslíků, k čemuž využili kombinace teoretických vývojových modelů a reálných pozorování. Protože autoři v následujícím pátrali po extrasolárních planetách v těchto systémech, je znalost spolehlivých základních parametrů jak mateřské hvězdy, tak hnědého trpaslíka kritická. Planety byly vyhledávány standardními metodami ve zbytkové křivce radiálních rychlostí.

Ve zvolené šestici systémů byl jeden exemplář s další známou exoplanetou, kterou autoři nezávisle potvrdili. U další z hvězd nalezli autoři indikátory pro existenci dosud neznámé planety. Autoři přiznávají, že výběr hvězd a použité metody silně omezuje detekční možnosti, kdy možnému objevení unikaly planety s velikostí menší než Neptun na blízkých oběžných drahách. Na druhou stranu ale planety typu Jupiter byly bezpečně v rámci detekčních limitů. Pravdou ale je, že zbytkové radiální křivky i ostatních studovaných hvězd vykazují časovou proměnnost, ta je však nejspíše spojena s aktivitou centrální hvězdy, zejména s výskytem skvrn. 

J. Šubjak a kolegové přímou studii doplnili ještě statistickou analýzou archivních dat. Z ní vyplývá, že statisticky až 70 % systémů s hnědým trpaslíkem na vzdálené oběžné dráze by mohlo být doprovázeno i dalšími planetami. Archivní data dále ukazují, že planety jsou více koncentrované ke hvězdě v systémech s druhou hvězdou na vzdálené orbitě v porovnání s planetami v okolí samostatné hvězdy. To autoři vysvětlují migrací těchto planet pod vlivem gravitačního pole vzdáleného průvodce. Zdá se také, že statistické rozdělení výstředností planet v takových systémech má jiný charakter než v planetárních systémech bez další složky. I to může být důsledkem dlouhodobého působení vnějšího průvodce. 

REFERENCE

J. Šubjak a kol., Search for planets around stars with wide brown dwarfs, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2212.03757

KONTAKT

Mgr. Ján Šubjak, Ph.D.
jan.subjak@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.