31.05.2017-11:02:00   |   Dušan Valent
#Kozmos
#Pravek
Keď „otec atómovej bomby“, americký fyzik Robert Oppenheimer (1904 – 1967) 16. júla 1945 sledoval historicky prvý test atómovej bomby, spomenul si na prastarý, sugestívny verš. Pochádzal z posvätnej hinduistickej knihy Bhagavadgíty: „Stal som sa Smrťou, ničiteľom svetov.“

Nukleárna výzbroj veľmocí dokáže zrovnať so zemou veľkomestá. A v prípade globálneho vojenského konfliktu azda aj vyhladiť ľudskú civilizáciu. Lenže tak ďaleko, aby sme dokázali ničiť svety, nie sme.

Zhodou okolností, prvého skutočného ničiteľa svetov sa podarilo objaviť takmer presne pol storočie po prvých atómových testoch – vedci ho predstavili v druhej polovici roka 1995. To ale netušili, s čím majú dočinenia.



Dnes mu môžete hovoriť Dimidium. Takéto meno mu v nedávnom hlasovaní vybrala verejnosť. Názov v latinčine znamená „polovica“ a naráža na hmotnosť telesa, ktorá dosahuje (prinajmenšom) polovičnú hodnotu hmotnosti Jupitera.

Nová kategória planét

Dimidium – známy aj pod „oficiálnejším“ označením 51 Pegasi b - predstavuje prvú známu exoplanétu potvrdenú okolo hviezdy slnečného typu. Nachádza sa približne 50 svetelných rokov od Zeme. Vedeckú obec prekvapilo, že tento plynný obor obieha okolo svojej hviezdy takmer desaťnásobne „tesnejšie“ ako Merkúr. Jeden rok tu preto trvá len štyri pozemské dni. A hoci je Dimidium podstatne menej hmotný ako Jupiter, kvôli tepelnej expanzii hmôt zrejme dosahuje väčšie rozmery.

Plynný obor obiehajúci tesne pri svojej hviezde a spaľujúcim žiarením nafúknutý ako balón. Nielenže niečo také v slnečnej sústave nemáme. Zdanlivo by nič také nemalo existovať. Veľké plynné planéty by v blízkosti hviezd nemali vznikať, pretože tu chýba dostatok prchavých látok, z ktorých sa skladajú. V oveľa hojnejšom zastúpení sa vyskytujú ďalej, za tzv. snežnou čiarou, kde je dosť chladno na ich skondenzovanie a následné gravitačné hromadenie.

Dimidium nezostal dlho ojedinelou kuriozitou. Zakrátko astrofyzici hovorili o celej novej kategórii planét. Nazvali ich horúce Jupitery.


-


Planéta Kepler 7b je o polovicu väčšia ako Jupiter, no má len polovičnú hmotnosť. Je to prvá exoplanéta, u ktorej máme k dispozícii aspoň rudimentárnu mapu atmosféry, ktorú tvoria mračná koncentrované na západnej strane telesa. Tieto mračná sú zrejme tvorené takpovediac odparenými horninami a kovmi. Povrchová teplota planéty totiž dosahuje hodnotu približne 1300°C.


Samota indikuje pôvod

Ako sme spoznávali ďalšie a ďalšie príklady týchto exotických planét, ukázalo sa, že nie sú len „horkokrvné“ a „nafúkané“ (niektoré dvakrát väčšie ako Jupiter!). Typická je pre ne aj ďalšia vlastnosť. Osamelosť. V okolí horúcich Jupiterov neobiehajú žiadne* ďalšie svety.

Vesmírna samota horúcich Jupiterov na prvý pohľad nedáva zmysel. Kamenné planéty obiehajúce „tesne“ pri materskej hviezde, čiže vnútornejšie ako obežná dráha Merkúra, totiž predstavujú veľmi častý zjav.



Máme teda už dve anomálie. Ako sme videli, horúce Jupitery sa nachádzajú v nesprávnej vzdialenosti od svojich hviezd, kde podľa všetkého nemôžu vznikať. A tam, kde obiehajú, vyzerá okolie... absurdne pusto.

Jednu aj druhú anomáliu vysvetľuje spôsob, akým sa horúce Jupitery ocitajú na svojich žeravých destináciách.

Prítomnosť plynných obrov v tesnej blízkosti hviezd astrofyzici vysvetľujú tromi spôsobmi. Prvé, problematické vysvetlenie, hovorí o ich vzniku na tomto mieste. Ďalšie dve, oveľa pravdepodobnejšie vysvetlenia, hovoria o skorej alebo neskorej migrácii.

Hoci sa predstava planetárnych presunov môže zdať zvláštna, v skutočnosti stojí na jednoduchých princípoch gravitačných interakcií telies s protoplanetárnym diskom, zárodkami planét alebo planétami. Smer migrácie určuje aj to, či telesá okolo hviezdy obiehajú v rezonancii (doby obehu sú v pomere malých celých čísel, napr. 1:2). V počiatočných fázach vývoja planetárnych sústav zrejme predstavujú planetárne migrácie bežný jav.

Skorá migrácia plynných obrov do blízkosti materskej hviezdy by neviedla k osamelosti. Viaceré výskumy v priebehu minulej dekády prostredníctvom počítačových simulácií zistili, že protoplanetárny disk by po presune plynného obra nebol dostatočne narušený, aby ustala tvorba planét. Neskorší presun má ale celkom iné následky.

Tento variant skúmala v roku 2015 trojica švédskych astrofyzikov pod vedením Alexandra Mustila z Lundovho observatória. Neskoršiu migráciu môže vyvolať napríklad gravitačná interakcia s neďalekou planétou alebo ďalšou hviezdou. Kvôli tomu nadobudne obežná dráha migrujúceho telesa eliptický tvar. Simulácie švédskych fyzikov ukázali, že takýto presun takmer vždy vedie k zničeniu všetkých planét obiehajúcich na obežných dráhach „tesnejších“ ako obežná dráha Merkúra. Gravitačný vplyv presúvajúceho sa plynného obra spravidla spôsobil „pád“ vnútorných kamenných planét do ich materskej hviezdy. Zriedkavejšie s planétami plynný obor kolidoval. Simulácie ale ukázali, že vo veľmi ojedinelých prípadoch ťahajú za kratší koniec aj obrie plynné svety. Tiaž vnútorných kamenných planét ich mierne postrčí, čo postačí, aby opustili svoju planetárnu sústavu. Ojedinele teda skutočne Dávid poráža Goliáša.

Kamikadze sa zväčša nekoná

Ako sme videli, malé planéty v blízkosti horúcich Jupiterov nechýbajú preto, že nikdy nevznikli. Nenachádzajú sa tu, pretože boli zničené. Takmer 20 rokov však nebolo jasné, či skoré zničenie nečaká aj samotné horúce Jupitery.

Niektorí výskumníci sa totiž nazdávali, že plynných obrov v tesnej blízkosti hviezd vidíme preto, lebo vlastne postupne padajú do útrob svojich hviezd. Iní sa nazdávali, že gravitačný vplyv hviezd prostredníctvom slapových (prílivových) síl obežné dráhy migrujúcich plynných obrov zmení z eliptických späť na kruhovité a napokon ich presun zastaví.


-



Záhadu sa napokon podarilo vyriešiť až v roku 2013. Astrofyzici Peter Plavchan a Christopher Bilinski porovnali pozorované rozmiestnenie horúcich Jupiterov okolo materských hviezd s predpokladanou distribúciou, aká vyplývala z oboch hypotéz - plynulého pádu, ako aj zastavenej migrácie. Zistili, že pozorovania s veľkou mierou istoty zodpovedajú scenáru, v ktorom horúce Jupitery nevpadajú do materských hviezd.



Pravda, toto pravidlo má svoje výnimky. Napríklad planéta KELT-16b, ktorá je asi 2,8-násobne hmotnejšia ako Jupiter. Obieha okolo hviezdy zhruba o 20 % hmotnejšej a necelé 2 miliardy rokov mladšej ako Slnko.

Hovorí sa, že Kelt bol a bude. V tomto prípade síce bude, ale zostáva mu len asi 500-tisíc rokov.

Ničiteľ svetov v slnečnej sústave?

Za príkladmi ničenia svetov plynnými obrami nemusíme cestovať do vzdialených končín kozmu. Naznačujú to viaceré zvláštnosti slnečnej sústavy.

Ako sme už spomenuli, slnku podobné hviezdy bežne v tesnej blízkosti obiehajú kamenné planéty. Napríklad v sústave Kepler 11 sa na obežných dráhach, ktoré by sa vmestili dovnútra tej Merkúra, podarilo objaviť až 5 kamenných svetov. Všetky sú dvoj- až osemnásobne hmotnejšie ako Zem, čiže patria do kategórie super-Zem. A to je ďalšia zvláštnosť. Táto planetárna kategória, hoci je druhá najpočetnejšia a známa z takmer tisícky zástupcov, v slnečnej sústave celkom chýba.

Slnečnej sústave teda chýbajú najvnútornejšie kamenné planéty, no zároveň jej chýba horúci Jupiter či akákoľvek super-Zem. Vysvetlenie záhady ponúkli americkí planetológovia Konstantin Batygin a Gregory Laughlin. Vinníkom sú podľa nich mladícke excesy Jupitera.

Batygin a Lauglin vo svojom výskume z roku 2015 vychádzali z dávnejšie akceptovaných dejov raného vývoja slnečnej sústavy. Jednak migrácie Jupitera smerom k slnku, ktorú približne na úrovni dnešnej orbity Marsu zastavil a zvrátil gravitačný vplyv Saturna. Ten vznikol o čosi neskôr ako Jupiter, ale ako menšie teleso migroval rýchlejšie. Keď sa priblížil k Jupiteru, rezonancia obežných dráh telies viedla k zmene smeru migrácie oboch planét.

Pravda, migrácia Jupitera sa považovala za príčinu, prečo nikdy nevznikla planéta z hmoty pásma asteroidov, respektíve za vysvetlenie, prečo je Mars oproti iným kamenným planétam taký malý**. Mohol Jupiter ovplyvniť dianie oveľa bližšie k slnku?

Viaceré zistenia skutočne nasvedčujú, že vplyv mladého Jupitera bol ďalekosiahly. A nesmierne ničivý. Hoci kozmochemické výskumy ukazujú, že základné stavebné kamene planét (niekoľkokilometrové plenezimály) vznikli do jedného milióna rokov po vzniku slnka, kamenné planéty slnečnej sústavy sa utvorili o sto až dvesto miliónov rokov neskôr. Ako keby predstavovali druhú generáciu planét...



Batygin a Laughlin ďalej upozorňujú na všeobecne akceptovaný konsenzus, že menšie kamenné super-Zeme vznikajú skôr ako plynní obry. Podľa dvojice planetológov je teda pravdepodobné, že v čase migrácie Jupitera už okolo Slnka obiehala prvá generácia planét. Vzhľadom na pozorovaný bežný výskyt veľkých kamenných svetov obiehajúcich tesne pri hviezdach podobných slnku medzi nimi zrejme existovalo niekoľko super-Zemí na obežných dráhach „tesnejších“ ako dnes obieha Merkúr.

Aké dopady malo priblíženie plynného giganta?

Počítačové simulácie Batygina a Laughlina ukázali, že výsledkom by bolo presne to, čo v slnečnej sústave pozorujeme dnes. Skaza prvej generácie veľkých kamenných planét a neskorší vznik malých kamenných planét.

Presúvajúci sa Jupiter by najprv z obežných dráh „vykoľajil“ kilometrové planetezimály. Ich presun smerom k slnku v počítačových simuláciách ovplyvnil obežné dráhy k hviezde blízkych super-Zemí. Všetky ich rad radom naviedol do útrob hviezdy. Hoci simulácie pracovali s veľkými kamennými planétami, ktorých kombinovaná hmotnosť dosahovala 40-násobok Zeme, na katastrofický zánik v útrobách slnka stačil presun planetezimál s celkovou hmotnosťou niekoľkonásobku Zeme. Apokalypsa sa pritom odohrala z astronomického hľadiska v okamihu. Trvala len 20-tisíc rokov.

Po zániku prvej generácie veľkých kamenných planét vo vnútornej časti slnečnej sústavy zrejme nezostalo veľa stavebného materiálu na tvorbu svetov. Bolo ho menej, ako by spotrebovala jedna stredne veľká super-Zem. A aj ten sa rozdelil na niekoľko - prinajmenšom päť*** - malých svetov.



-

Poznámky
* Poznáme jedinú výnimku, sústavu WASP-47. V tomto prípade ide podľa astrofyzikov zrejme o najextrémnejší prípad inej planetárnej kategórie, a síce tzv. teplého Jupitera. Kým horúce Jupitery ležia tak blízko pri svojich hviezdach, že ich obehnú za pár hodín až desať dní, teplým Jupiterom to trvá niekoľko desiatok až dvesto dní (na porovnanie: v prípade Merkúra je to 88). Teplé Jupitery vo viac ako polovici známych prípadov majú potvrdených planetárnych spoločníkov. To by naznačovalo, že v niektorých prípadoch sa skutočne utvorili na mieste, čo potvrdzujú aj niektoré znaky ich orbity.
** Merkúr bol pôvodne podstatne väčší. Nasvedčuje tomu napríklad nadmerne veľké jadro telesa. V priebehu vývoja ho však kolízie s inými telesami postupne pripravili o časť vonkajších vrstiev.
*** Päť preto, že Zem a Mesiac vznikli kolíziou dvojice svetov Theia a Tellus (niekedy sa uvádza, že planéta Theia sa zrazila s mladou Zemou, v skutočnosti bolo ale teleso, do ktorého Theia vrazila, od dnešnej Zeme tak chemicky odlišné, že mnohí geológovia uprednostňujú odlišný názov).

Obrázky: NASA
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail