Astrofyziky potěšila zpráva z 14. června, že počet potvrzených extrasolárních planet překročil 6 000. Není přitom tak dávno doba, kdy si mnozí mysleli, že žádnou planetu mimo Sluneční soustavu nikdy znát nebudeme. Potom šly ovšem věci ráz na ráz, v 90. letech došlo k objevu prvních exoplanet a později začal jejich počet rychle narůstat. Můžete samozřejmě argumentovat, že překročení 6000 není nic zas tak výjimečného. A částečně byste měli pravdu, vždyť kdybychom neměli soustavu desítkovou, ale třeba dvojkovou, šedesátkovou či hexadecimální (šestnáctkovou), slavili bychom jako kulaté úplně jiné hodnoty. Přesto se pokusím dnes ukázat, že určitý význam dosažení této hodnoty skutečně má.

Stručná historie planetárních objevů

Umělecká představa planety u pulsaru.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Planety známe už tisíce let, ovšem po většinu historie jsme znali jen tělesa Sluneční soustavy. Teprve v letech 1992 a 1995 byly objeveny první planety mimo náš hvězdný systém. Jejich nalezení bylo navíc mimořádně zajímavé, protože ukázalo, že naše soustava není ani zdaleka tak typická, jak jsme si možná do té doby mysleli. První dvě desetiletí se obor exoplanetárního výzkumu rozvíjel spíše pozvolna, vždyť počet známých exoplanet překročil 1 000 až v roce 2013, tedy 21 let po objevu první planety u cizí hvězdy. Na 5 000 potvrzených planet jsme se pak dostali v roce 2023 a na 6 000 v roce 2024.

Znázornění systému 51 Pegasi. Vzdálenost mezi planetou a hvězdou, stejně jako poměr jejich velikostí je ve správném měřítku.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Můžete si tedy všimnout strmého nárustu počtu odhalených cizích světů v posledních deseti letech. A tento růst pokračuje. Pro představu. Dostat se z 4 000 na 5 000 potvrzených objevů trvalo tři roky. Ale dosažení další tisícovky detekovaných těles netrvalo ani rok. A to ani zdaleka není všechno. Jak jsem uvedl, 6 000 potvrzených planet jsme překročili 14. června. V době psaní článku je 26. června a už máme 6 441 planet (viz poznámka 1 na konci článku). Jinými slovy, za 12 dnů jsme dali téměř polovinu počtu k další tisícovce! Často se říká, že za 10 nebo 15 let můžeme znát i vyšší desetitisíce exoplanet a jak je vidět, tento cíl vůbec není nereálný. Důležité však není ani tak konkrétní číslo, jakožto spíše jasný trend, který ukazuje prudký nárůst spolehlivých detekcí.

Kritéria pro potvrzení planety

Co to ale vůbec znamená potvrzená planeta? To je samozřejmě dobrá otázka a kritéria se mohou lišit, takže i počet potvrzených objevů se může mezi různými databázemi různit. Já vycházím z nejznámější databáze známé jako Encyklopedie exoplanetárních systémů. Ta používá pro zařazení planety do seznamu dvě základní pravidla:

1. Těleso musí mít hmotnost nižní nebo rovnou 60 hmotnostem Jupiteru (plus povolená nejistota měření). U větších těles už se má za to, že jde spolehlivě o hnědé, popřípadě červené trpaslíky.
2. Objev planety musí být důvěryhodný. Jinými slovy, nemůžete si vydat článek v novinách s grafem z Malování, kterým budete dokazovat objev, to nikoho zajímat nebude. Detekce uznané planety musí být oznámena v odborném časopise a tento článek musí projít recenzním řízením. Popřípadě se akceptuje i varianta, kdy astronomové ohlásí objev na odborné konferenci, kde je jejich kolegové mohou podrobit kritice, pokud by se zdálo, že jsou jejich výsledky nesprávné.

Data z měření přechodu planety WASP-96 b před mateřskou hvězdou.
Zdroj: https://www.esa.int/

Nicméně ani tato kritéria pochopitelně nemusí být zcela dokonalá. I zde může nastat omyl. Záleží samozřejmě i na tom, jak si svá pravidla nastaví interně vědecké týmy jednotlivých observatoří a projektů hledajících planety, co oni sami uznají za potvrzený objev, který oznámí na konferenci nebo pošlou do recenzovaného časopisu. Kupříkladu tým legendárního amerického teleskopu Kepler, který používal tranzitní metodu (pozorování poklesu malého zatmění, mírného poklesu jasnosti hvězdy, když přes ni přechází planeta) si jako kritérium stanovil dvě pozorovaní přechodu planety přes disk mateřské hvězdy. Měli za to, že dvě pozorování už nemohou být náhoda, takže v takovémto případě objev planety publikovali.

Samozřejmě se v minulosti ve výjimečných případech již také stalo, že došlo k odvolání objevu. Proto máme v exoplanetární databázi hned čtyři kategorie:

1. Potvrzená planeta (6 441 případů) – To je, jak už víme, planeta jednoznačně a bez pochyb přijatá k publikaci v odborném článku či na odborné konferenci.
2. Kandidátská planeta (2 483 případů) – Těleso, které může existovat, ale zatím to nevíme jistě a čekáme na potvrzení či vyvrácení. K tomu může dojít i po mnoha letech a objev může potvrdit i úplně jiný teleskop než provedl prvotní detekci.
3. Stažená planeta (64 případů) – Objekt, o němž se původně myslelo, že existuje, ale na základě pozdějších důkazů se ukázalo, že se jednalo o omyl či chybu měření.
4. Kontroverzní planeta (64 případů) – Možná existuje, možná ne. O její existenci panují vážné a důvodné pochyby. V tuto chvíli však její existenci nedokážeme jednoznačně potvrdit ani spolehlivě vyvrátit.

Mapa 5 000 kandidátů na exoplanety pořízená sondou TESS.

Jistě, že může dojít k přesunu planety z jedné kategorie do druhé. Nejčastěji z kandidátských těles do kolonky potvrzených. Již mnoho planet bylo pozorováno původně jako kandidáti, ale pozdější pozorování stejné nebo jiné observatoře jejich existenci potvrdily, takže se mohly přesunout o šuplík vedle. Možná si také všimnete, že co se týče kandidátů, není databáze kompletní. Jen Kepler a TESS dohromady mají na kontě více než 10 000 kandidátů. Tyto události ovšem jejich vědecké týmy zpracovávají a nedávají je obvykle veřejně ven, takže je do databáze ani zařadit nelze, nemáme totiž žádný výstup, kdy bychom ke kandidátovi mohli přiřadit nějaké parametry, což je u Encyklopedie exoplanetárních systémů podmínkou pro zahrnutí.

Co za nárůstem stojí?

Planety objevené do roku 2014. Metoda radiálních rychlostí černě, všechny ostatní postupy šedě. Možná vás zarazí planeta z roku 1989. Ta skutečně existuje, původně se však myslelo, že jde o hnědého trpaslíka. Jako exoplaneta byla klasifikována až roku 2012.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Jistě si můžete položit otázku, co za tak rychlým nárůstem počtu známých exoplanet stojí. Jak se často a vcelku hezky říká, na každou otázku existuje jednoduchá, lehce pochopitelná a obvykle zcela mylná odpověď. Ani zde není odpověď snadná, ale vysvětlení problému je dáno kombinací několika faktorů.

Především si musíme uvědomit, že většina objevů je už z podstaty náhodná. Ne každá hvězda má planety, takže ať už používáte jakoukoliv metodu, musíte prohledávat oblohu, prohlížet různé hvězdy a doufat, že najdete to, co hledáte. Samozřejmě si můžete práci ulehčit a podle už známých nebo snadno zjistitelných parametrů si vyfiltrovat vhodné kandidáty, ale ty stejně musíte prohlédnout. Jiná situace je u hvězd s už známou planetou, tam pak máte solidní pravděpodobnost nalezení dalších planet, zvláště když použijete jinou detekční metodu než tu jíž byla objevena první planeta, popřípadě pokud technika konkrétního detekčního postupu prodělala významný vývoj vpřed.

Téměř dvoumetrový teleskop observatoře Haute-Provence Observatory ve Francii, který Mayor a Queloz využili při objevu první exoplanety u hvězdy hlavní posloupnosti.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

A to se skutečně v mnoha případech stalo. Oproti době prvních detekcí technika neuvěřitelně pokročila. Měření radiálních rychlostí, technika první detekované planety u hvězdy hlavní posloupnosti (51 Pegasi b) zvýšila za 30 let svou přesnost stonásobně. A další generace spektroskopů by měla přesnost zvýšit ještě desetkrát. Podobně tranzitní metoda učinila zásadní pokrok, ať už kvůli stále větším teleskopům, které logicky dokáží zaznamenat menší pokles jasu cílové hvězdy a tím i menší planety, či díky adaptivní optice umožňující i pozemským teleskopům provádět vysoce kvalitní měření. Nezanedbatelnou roli hrají i lepší postupy zpracování dat. Někdy je až skoro zázrak, co dokáží vědci ze zdánlivě ztraceného pozorování vytáhnout.

Čtyři dalekohledy soustavy Very Large Telescope umístěné na hoře Cerro Paranal v Chile.
Zdroj: https://www.ukri.org/

S dnešní technikou se stávají běžně dostupné i postupy, které dříve byly zcela nereálné nebo na samotné hranici možností. Dnes už se podařilo poměrně značné množství planet detekovat i díky gravitačnímu čočkování a také svatý grál exoplanetární astronomie, tedy přímé zobrazení už není také zdaleka tak výjimečné. Moderní pozemní teleskopy jako VLT či Keck, případně špičkové kosmické dalekohledy jako Spitzer, Hubble nebo Webb už nám dokázaly přímo ukázat vyšší desítky planet. A do budoucna to bude jen a jen lepší. Staví se nové obří pozemní dalekohledy, Webb je ještě na začátku své činnosti a teleskop Nancy Roman zatím ani neodstartoval. Zlepšení techniky dovolilo také provést první detekci logickou, ale obtížnou astrometrickou metodou.

Spitzerův teleskop
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Vše ale není jen o pokrocích techniky. Uvědomme si, že poté, kdy se ukázalo, že exoplanety skutečně existují a lze je detekovat, napřelo se do tohoto výzkumu značné množství sil i finančních prostředků. Než ovšem přišly zásadní výsledky, chvíli to trvalo. Příprava speciálních observatoří a projektů totiž zabrala nemalé množství času. Ale vyplatilo se. Zejména kosmické observatoře v tomto směru učinily obrovský kus práce. Již jsme zmiňovali teleskop Kepler, který má na kontě přes 40 % všech objevených těles a další značné množství kandidátů. TESS sice zatím tolik potvrzených objevů nemá, ale v počtu kandidátů již Kepler dávno překonala. Velké zásluhy má i astrometrická družice Gaia či Webbův teleskop.

Teleskop Kepler
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Je také potřeba si říci, že když se vypustí nová astronomická observatoř, výsledky nezačnou přicházet okamžitě. Jejich zpracování a vyhodnocení nějakou dobu trvá, takže může jít o záležitost i několika let. A ani s koncem činnosti nějaké observatoře nemusí nutně skončit příval nových dat. Astronomové je zpracovávají mnohdy ještě dlouho poté co sonda odejde do penze. Jinými slovy, na pořádný příval exoplanet z družice TESS, či observatoře Gaia si budeme muset ještě chvíli počkat, zvláště při tom obrovském množství dat, která produkují. Přičemž zrovna od Gaie bychom se mohli dočkat tisíců exoplanet. A naopak, tým Keplera klidně může ještě nějaký objev zveřejnit, popřípadě může přijít potvrzení jeho kandidáta z jiného zdroje.

Sonda TESS
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

Lepší statistické metody také způsobují nárůst počtu nalezených planet. Dám příklad z jiné oblasti a to je gravitační astronomie. Historicky druhé pozorování gravitačních vln bylo poměrně dlouho zařazeno mezi kandidátské události. Když se však zlepšily metody zpracování dat a podařilo se lépe odlišit skutečný signál od šumu, zjistilo sem že je událost možno z kandidátů přeřadit mezi potvrzené události. Něco podobného lze vysledovat i ve výzkumu exoplanet. Některá pozorování nejsou v době, kdy byly udělána průkazná, avšak po nějaké době se situace změní a my můžeme z kandidáta získat potvrzené těleso.

Má objev obřího množství planet vědecký význam?     

Takto vypadal poměr různých druhů exoplanet při počtu 5000 objevených.
Zdroj: https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/

Na položenou otázku vás patrně hned napadne odpověď. Ano, má. Není to jen samoúčelná statistika. Jinak bych se taky asi tak hloupě neptal, že? V čem význam tohoto faktu spočívá? Opět zde máme několik rovin. Předně je důležité mít co největší statistiku exoplanet. Úplně optimální by byl i co největší počet planet objevených co největším počtem různých metod. Jen tak se totiž můžeme vyhnout zkreslení danému tím, že je každá detekční technika citlivá jen na určité typy planet. Použití jiného postupu nám tak ukáže planety, které bychom jinak vidět nemohli. Vyhneme se díky tomu omylu, kdy bychom za typické mohli považovat určité typy planet v určitých místech, ale přitom by vůbec o nejběžnější druh exoplanet jít nemuselo.

Gaia
Zdroj: https://gaia-mission.cnes.fr

A to nám prozatím trochu chybí. Více než tisíc objevených planet mají prozatím jen dvě metody, měření radiálních rychlostí a pozorování tranzitů. Je sice pravda, že každá je primárně citlivá na jiný druh planet, ale přiznejme si, že několik dalších technik s alespoň několika stovkami objevů by nám přišlo velmi vhod. Navíc, i dnes už hojně používané postupy vždy můžeme zlepšit a zpřesnit. Definitivně bychom tak mohli rozhodnout o tom, které skupina planet a jaké planetární systémy jsou v Mléčné dráze nejběžnější a jaké jsou naopak vzácné. Zjistili bychom jak moc je Sluneční soustava typická a dokázali ji porovnat s mnoha dalšími planetárními systémy. Mohli se tak dozvědět více o tom odkud pocházíme a jaké je naše místo v kosmu.

Webbův teleskop
Zdroj: https://www.esa.int/

Velké množství objevených planet má i přínos ryze praktický. Pravda, chleba levnější nebude a ani sondu k žádné cizí planetě nevyšleme, ale to neznamená, že pro vědu nejde o velkou věc. V blízkosti bodu L2 soustavy Slunce – Země už několik let pracuje Webbův kosmický teleskop, jehož důležitým výzkumným cílem je exoplanetární věda. Nutno podotknout, že Webb zas až tak často nové exoplanety neobjevuje, byť i jemu se to občas podaří. Zásadním přínosem nového velkého teleskopu je pozorovat již objevené planety a provádět u nich spektroskopická měření, která mají odhalit chemické složení atmosfér daných těles. Mohl by najít světy potenciálně vhodné pro život. To je všechno moc hezké, ale jak to souvisí s vysokým počtem objevených exoplanet? Dnešní obří množství objevů nám totiž pomůže vytipovat pro JWST vhodné cíle k dalšímu měření.

Co nás čeká v budoucnu?

Vesmírný dalekohled Nancy Roman
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Ale JWST není jedinou observatoří, která se bude věnovat exoplanetám. Na americké straně nás poměrně brzy čeká start Vesmírného teleskopu Nancy Grace Roman, který bude mít zrcadlo stejně velké jako Hubble, tedy 2,4 metru. Jedním z klíčových cílů jeho výzkumu bude právě průzkum exoplanet. A nezapomínejme ani na již zmíněnou TESS která už několik roků úspěšně pracuje, ale to hlavní by teprve mělo přijít. Očekává se detekce snad až 20 000 exoplanet ze všech koutů oblohy. Jinými slovy, TESS by měla hlavně navyšovat exoplanetární statistiku, její úkol je tedy podobný jako v případě Keplera. TESS má za cíl skrze tranzity objevit množství zajímavých světů do statistiky a pro případný budoucí detailní výzkum. Ten však už budou provádět spíš jiné sondy.

Umělecká představa teleskopu PLATO v kosmickém prostoru.
Zdroj https://upload.wikimedia.org/

Podobný úkol jako TESS bude mít na evropské straně chystaná družice PLATO. Také ona by měla prohlédnout velké množství hvězd (nejméně 250 000) a hledat u nich planety tranzitní metodou. PLATO bude též především cílená na nalezení co největšího počtu exoplanet, což je super, neboť jak už víme rozšíření exoplanetární statistiky je velmi podstatné. To však neznamená, že by sondy PLATO či TESS nemohly zjistit o objevených planetách nic zajímavého. Naopak, obě družice by měly nasbírat poměrně přesné údaje o základních parametrech jimi pozorovaných systémů jako jsou hmotnost a poloměr planety, či stáří hvězdy. Hlubší průzkum ale bude mít přece jen na straně Evropy na starosti jiná observatoř, konkrétně sonda ARIEL. I v případě ARIELu a Nancy G. Roman teleskopu nám s vytipováním možných cílů pomohou data získaná v rámci průzkumů zaměřených na vyhledávání velkého množství nových exoplanet.

Evropský teleskop ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey)
Zdroj: https://www.explore-exoplanets.eu/

Nezapomínejme však ani na to, že i nyní máme v kosmickém prostoru několik dalších teleskopů, z nichž ještě můžeme získat značné množství dat. Jak už víme, TESS je vhodná spíše pro rozšíření statistiky, Webb naopak pro detailnější průzkum vybraných těles. K dispozici však je i observatoř Gaia, jejíž data skrývají skutečné poklady. Gaia je primárně zaměřena na astrometrii, měření pozic a pohybů hvězd a dalších kosmických těles. V jejích datech lze ale najít i celou řadu dalších zajímavých jevů, ať už jsou to například blízké černé díry, vzdálené kvasary nebo právě exoplanety. Těch se může v datech sondy Gaia ukrývat značné množství, možná i tisíce až desetitisíce. A to ještě další balíček měření přijde. Po jejich zpracování se tedy máme nač těšit.

Závěr

S tématem exoplanet se tímto loučíme, ale jen pro dnešek. V tomto oboru se toho totiž děje tolik zajímavého, že se k cizím planetám nepochybně velmi brzy znovu vrátíme. Ať už to bude v případě seriálu o JWST, nebo samostatný článek, exoplanety nás zkrátka neminou.

Poznámky autora

1. V době těsně po vydání tohoto článku, 29. června v 1:17 SELČ dosáhl počet potvrzených exoplanet už čísla 6598!

Doporučená literatura

• Michel Mayor, Pierre Yves-Frei – „Les nouveaux mondes du cosmos“ – česky jako „Nové světy ve vesmíru“ (Paseka, 2007)
• Stuart Clark – „The Search For Earth’s Twin“ – česky jako „Hledání druhé Země“ (Vyšehrad, 2017)

Použité a doporučené zdroje

• Encyclopaedia of exoplanetary systems: https://exoplanet.eu/home/
• Observatoire de Haute-Provence: http://www.obs-hp.fr/guide/index.shtml
• CoRoT ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/COROT
• Kepler NASA: https://science.nasa.gov/mission/kepler/
• PLATO ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Plato
• ARIEL ESA: https://arielmission.space/
• Nancy Grace Roman Space Telescope NASA: https://roman.gsfc.nasa.gov/
• Nancy Grace Roman Space Telescope JPL: https://www.jpl.nasa.gov/missions/the-nancy-grace-roman-space-telescope
• Gaia ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/
• James Webb Space Telescope: https://webbtelescope.org/home

Zdroje obrázků

• https://www.newsnationnow.com/wp-content/uploads/sites/108/2023/01/700D.jpg?strip=1
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Artist%27s_concept_of_PSR_B1257%2B12_system.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/The_51_Pegasi_planetary_system_%28shown_to_scale%29.jpg
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2022/07/exoplanet_wasp-96_b_transit_light_curve/24348772-4-eng-GB/Exoplanet_WASP-96_b_transit_light_curve_article.png
• https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2022/tess-science-office-at.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b1/Exoplanet_Discovery_Method_Bar_RV.png/1280px-Exoplanet_Discovery_Method_Bar_RV.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/T193_in_observations.jpg
• https://www.ukri.org/wp-content/uploads/2023/05/STFC-230523-ESOVeryLargeTelescopeDuringObservations.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8d/Spitzer_space_telescope.jpg/1280px-Spitzer_space_telescope.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9c/Telescope-KeplerSpacecraft-20130103-717260main_pia11824-full.jpg
• https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/wp-content/uploads/2018/04/TESSInSpaceRender1.jpg
• https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/original_images/e3-exoplanet-infographic-1600.jpg
• https://gaia-mission.cnes.fr/sites/default/files/styles/large/public/drupal/201507/image/bpc_gaia-illustration_p44224.jpg?itok=P-yzxcYO
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2022/01/webb_wallpaper/23901371-1-eng-GB/Webb_wallpaper.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/Wfirst_beauty1_prores_1920x1080.mov_.00_00_17_16.still003_crop.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Plato_2022.jpg
• https://www.explore-exoplanets.eu/wp-content/uploads/2019/11/Artist%E2%80%99s-rendering-of-the-ARIEL-Spacecraft-credits-ARIEL-Science-Office.png