Předloni vypuštěný americký teleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) určený k hledání exoplanet přináší astronomům zajímavé údaje. Analýza dat z tohoto teleskopu třeba ukázala, že TESS objevil exoplanetu, která obíhá kolem dvou hvězd. Jiný výzkum zase odhalil u relativně dobře prozkoumané a i neozbrojeným okem pozorovatelné hvězdy Alfa Draconis její pravidelné zákryty s méně výrazným společníkem. Ačkoliv vědci už dříve věděli, že se jedná o dvojhvězdu, byl objev vzájemných zatmění pro astronomy dokonalým překvapením.

„První otázka, která nás napadla, byla „jak nám tohle mohlo uniknout?“,“ říká Angela Kochoska, výzkumnice z Villanova University v Pennsylvánii, která 6. ledna prezentovala zjištěné novinky na 235. sjezdu Americké astronomické společnosti v havajském Honolulu a dodává: „Ta zatmění jsou pouze krátká – trvají pouze šest hodin, takže je pozemní observatoře mohou snadno minout. A protože je ta hvězda tak jasná, její světlo by rychle saturovalo detektory teleskopu Kepler, který také měřil změny jasnosti hvězd.“

Alfa Draconis se řadí mezi nejjasnější známé zákrytové dvojhvězdy – jde o dvě hvězdy, které jsou samostatnými objekty, ale přitom se gravitačně ovlivňují. Takové systémy jsou pro astronomy hodně důležité, jelikož mohou měřit hmotnosti a velikosti obou hvězd s nevídanou přesností. Samotná 270 světelných let vzdálená hvězda Alfa Draconis, někdy nazývaná též Thuban, je (jak již název napovídá) součástí souhvězdí Draka na severní obloze. Ačkoliv má v názvu Alfa, jedná se až o čtvrtou nejjasnější hvězdu v souhvězdí Draka. To je neobvyklé, protože písmena alfa, či beta bývají v souhvězdích vyhrazena nejjasnějším hvězdám. Tato hvězda měla totiž v historii významnou roli – před nějakými 4700 lety, tedy zhruba v období stavby prvních pyramid.

V té době se totiž právě Alfa Draconis jevila jako „severní hvězda“, tedy hvězda, která je nejblíže severnímu pólu osy otáčení Země, takže se zdá, že se celá obloha točí kolem ní. Dnes tuto úlohu plní Polárka, nejjasnější hvězda ze souhvězdí Malého medvěda. Ke změně došlo kvůli cyklickému jevu zvanému precese – během zhruba 26 000 let se pomalu změní nebeská pozice, kam míří zemská osa.

TESS při svých měřeních sleduje rozsáhlé pásy oblohy (takzvané sektory), přičemž na každý z nich se zaměřuje 27 dní. Díky tomuto dlouhému a nepřerušenému sledování dokáží jeho detektory zaznamenat průběh změny hvězdné jasnosti. Nejnovější americký lovec exoplanet využívá údaje o kolísání jasnosti především k hledání planet, které z jeho pohledu přechází přes hvězdu a tím ji lehce zastíní. Jak se ale ukazuje, nasbírané údaje mohou být využity i ke studiu dalších fenoménů.

Zpráva z roku 2004 naznačovala, že by dvojhvězda Thuban mohla vykazovat drobné změny jasnosti se zhruba hodinovým cyklem, což vědci vysvětlovali tím, že jasnější z obou hvězd pulsuje. Aby tuto možnost prověřili, vzali si Timothy Bedding, Daniel Hey, a Simon Murphy z australské University of Sydney a dánské Aarhus University, na pomoc výsledky měření z TESS. V říjnu mohli výzkumníci představit studii, ve které se zmiňuje vzájemné zastiňování obou hvězd, čímž bylo zároveň vyloučeno dříve zvažované pulsování.

Daniel Hey ve studiu pokračoval společně s Angelou Kochoska, aby mohli porozumět chování celého systému více do hloubky. „S Danielem jsem spolupracovala na modelování zatmění a diskutovali jsme o možnostech využití dalších dat pro zpřesnění našeho modelu,“ říká Kochoska a dodává: „Oba jsme používali jiný přístup k modelování systému a věřím, že naše snahy pomohou k plnému charakterizování zdejších podmínek.“

Z dřívějších studií už vědci vědí, že hvězdy kolem sebe oběhnou za 51,4 dne při průměrné vzájemné vzdálenosti 62 milionů kilometrů, což je jen o trochu víc, než kolik činí vzdálenost Slunce a Merkuru. Současný předběžný model naznačuje, že se ze Země díváme na tuto dvojhvězdu zhruba pod úhlem tři stupně nad rovinou oběhu hvězd. To znamená, že se obě hvězdy z našeho pohledu při zatměních prakticky úplně zakryjí. Větší z obou hvězd je 4,3× větší než Slunce a její povrchová teplota dosahuje 9 700 °C, takže je o 70 % teplejší než naše Slunce. Její společník je pětkrát méně jasný, zřejmě má poloviční velikost a je o 40 % teplejší než Slunce.

Kochoska plánuje i další pozorování s využitím pozemských teleskopů a očekává objevy i dalších zatmění v jiných sektorech TESS. „Objevení zatmění u dobře prozkoumané, jasné a historicky významné hvězdy zdůrazňuje, jaký význam má TESS pro astronomickou komunitu,“ říká Padi Boyd, hlavní vědecká pracovnice programu TESS z Goddardova střediska v Greenbeltu, stát Maryland a dodává: „V tomto případě se vysoká přesnost měření a nepřetržité sledování daly využít k definování základních hvězdných parametrů s úrovní, jaká dříve nebyla možná.“

Druhý objev, který jsme zmínili v prvním odstavci tohoto článku pojednává o příběhu, který začal v roce 2019. Tehdy se středoškolák Wolf Cukier připojil ke skupině expertů z Goddardova střediska jako letní stážista. Jeho úkolem bylo studovat variace jasnosti hvězd zaznamenané teleskopem TESS a procházet návrhy od veřejnosti zaslané přes program Planet Hunters TESS, v rámci kterého mohou zájemci z řad veřejnosti pomáhat vědcům s analýzou dat.

„V datech jsem hledal vše, co zástupci veřejnosti označili jako zákryt dvojhvězdy, tedy hvězdného systému, ve kterém dvě hvězdy obíhají jedna kolem druhé a z našeho pohledu se při každém oběhu zakrývají,“ vysvětluje Cukier a dodává: „Zhruba tři dny poté, co začala moje stáž, jsem se dostal k datům ze systému označovaného TOI 1338. Nejprve jsem si myslel, že se jedná o hvězdný zákryt, ale časování nesedělo. Ukázalo se, že je to planeta.“

TOI 1338 b, jak je nyní tento svět označován, je první tzv. cirkumbinární planetou, tedy planetou obíhající kolem dvou hvězd, kterou objevil teleskop TESS. I tento objev byl zmíněn 6. ledna na 235. sjezdu Americké astronomické společnosti. Studie, jejímž spoluautorem je i Wolf Cukier spolu s odborníky ze San Diego State University, University of Chicago, Goddardova střediska a dalších institucí, byla následně předána vědeckému časopisu.

Hvězdný systém TOI 1338 bychom našli 1 300 světelných let daleko v souhvězdí Malíře. Obě zmíněné hvězdy kolem sebe oběhnou jednou za 15 dní. Jedna z nich je o 10 % hmotnější než Slunce, zatímco druhá je chladnější, méně jasná a váží pouze třetinu toho co Slunce. TOI 1338 b je jedinou známou exoplanetou v tomto systému. Podle dostupných informací je asi 6,9× větší než Země, což ji podle velikosti řadí mezi Neptun a Saturn. Planeta obíhá téměř ve stejné rovině jako obě hvězdy, takže pravidelně dochází k zákrytům.

Teleskop TESS je vybaven čtveřicí kamer, z nichž každá jednou za 30 minut pořídí snímek části oblohy – jak bylo popsáno výše, snímkování každého sektoru trvá 27 dní. Data z teleskopu pak umožňují vědcům vytvořit grafy změn jasnosti hvězd v průběhu času. Když z našeho pohledu přechází exoplaneta před mateřskou hvězdou, dochází k takzvanému tranzitu, během kterého přechod planety přes hvězdu způsobí rozlišitelný pokles její jasnosti.

Jenže najít planetu, která obíhá kolem dvou hvězd je složitější než najít planetu u hvězdy jediné. Tranzity exoplanety TOI 1338 b byly nepravidelné – mezi 93 a 95 dny, měnila se i hloubka propadu jasnosti i délka tranzitů – to vše měly na svědomí pohyby obou mateřských hvězd. TESS dokáže zaznamenat pouze tranzity přes větší hvězdu – když exoplaneta přecházela přes menšího souputníka, nebylo možné přechod zaznamenat kvůli jeho slabému jasu.

„Tohle jsou typy dat, se kterými mají algoritmy opravdu problém,“ vysvětluje vedoucí studie, Veselin Kostov, výzkumník ze SETI Institute a Goddardova střediska a dodává: „Lidské oko je extrémně dobré v nacházení vzorů v datech – především co se týče neperiodických vzorů, jaké vidíme v přechodech těchto systémů.“ Tím se vysvětluje, proč musel Cukier vizuálně prověřit každý potenciální tranzit. Nejprve si myslel, že tranzity TOI 1338 b byly výsledkem malé hvězdy v systému, která přecházela před tou větší – i to by způsobilo podobné poklesy jasnosti. Jenže do této verze nesedělo načasování těchto událostí.

Poté, co odborníci objevili TOI 1338 b, použili softwarový balíček zvaný eleanor (jméno má po Eleanor Arroway, hlavní hrdince románu Kontakt od Carla Sagana), kterým potvrdili, že přechody jsou skutečné a že nejde o náhodný výsledek šumu. „Na svých snímcích TESS monitoruje miliony hvězd,“ říká Adina Feinstein, spoluautorka studie z University of Chicago a dodává: „Právě proto náš tým vytvořil eleanor. Je to snadno přístupný balíček, který se dá stáhnout, aby analyzoval a vizualizoval data z tranzitů. Navrhovali jsme jej pro hledání planet, ale další členové vědecké komunity jej používají ke studiu hvězd, planetek či dokonce galaxií.“

Hvězdu TOI 1338 již zkoumaly pozemské teleskopy metodou změny radiálních rychlostí. Kostovův tým použil tato archivní data k analýze celého systému a k potvrzení, že je tam opravdu exoplaneta. Podle dosavadních údajů se zdá, že její oběžná dráha je stabilní na dalších 10 milionů let. Sklon oběžné dráhy vůči nám se však mění a přechody planety tak od listopadu 2023 nebudou vidět – ukáží se zase až za osm let.

Závěrem je ještě potřeba říct, že TOI 1338 b je první cirkumbinární exoplanetou, kterou objevil teleskop TESS. Rozhodně nejde o první objevenou cirkumbinární exoplanetu vůbec. Teleskop Kepler při své primární i nadstavbové misi K2 objevil 12 cirkumbinárních exoplanet v deseti hvězdných systémech. Při pozorování dvojhvězdných systémů je pravděpodobnější, že se objeví větší exoplaneta. Přechody menších těles nemají na pokles jasu hvězdy takový vliv. TESS by měl během své primární dvouleté mise sledovat stovky tisíc zákrytů dvojhvězd, takže je možné, že mnoho cirkumbinárních exoplanet čeká na své objevení.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/…x10300dpiedit1textflat-678×542.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/thuban_banner_2.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Precession_N.gif
http://spiff.rit.edu/classes/resceu/lectures/searches_future/tess_survey_b.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/tess_first_light_labels_quarter.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/toi_1338_transit_still.jpg
https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a013000/a013069/TESS_FIRST_LIGHT_strip.jpg